47786

Основи технологій в галузях народного господарства. Курс лекцій

Конспект

Лесное и сельское хозяйство

Виробничі системи створюють для виготовлення необхідної продукції. Основні переваги – підвищення різноманітності та гнучкості виробництва на основі використання електродвигунів зростання якості продукції виробленої із сталі та інших метало продуктів стандартизація виробництва урбанізація. Основні переваги – масове виробництво серійної продукції з використанням конверсійних технологій стандартизація виробництва розселення людей у приміських зонах. Засвоєння технологічних основ виробництва різних видів продукції стану базових галузей...

Украинкский

2013-12-02

739 KB

55 чел.

Міністерство освіти і науки, МОЛОДІ ТА СПОРТУ України

Кременчуцький НАЦІОНАЛЬний університет

імені Михайла Остроградського

КУРС ЛЕКЦІЙ

з навчальної дисципліни

„Основи технологій в галузях народного господарства”

для студентів денної форми навчання

за напрямом 6.050403 – “Інженерне матеріалознавство”

Кременчук 2011


Тема 1 Загальна характеристика дисципліни і задачі курсу

  1.  Визначення промислової технології.
  2.  Технологічні системи, їх елементи.
  3.  Класифікація технологічних системи. Основні види технологій.
  4.   Розвиток технології як науки. Еволюція технологій.
  5.  Технологічні уклади, їх стадії. Життєвий цикл технології.
  6.  Структура дисципліни. Основні задачі курсу. Зв’язок з дисциплінами навчального плану.

1. Визначення промислової технології

За характером взаємодії системи і зовнішнього (навколишнього) середовища розрізняють відкриті та закриті системи.

Закриті системи ізольовані від навколишнього середовища, усі процеси, крім енергетичних, відбуваються лише всередині самої системи. Відкриті системи активно взаємодіють з навколишнім середовищем, що дає їм змогу зберігати високий рівень організованості й ефективності.

За складністю системи поділяються на прості та складні.

Проста – це така система, яка складається з обмеженої кількості елементів і не має розгалуженої структури (відсутні рівні ієрархії).

Складна – це система з розгалуженою структурою і значною кількістю взаємоповязаних елементів, які, у свою чергу, є простими системами.

На поведінку системи цілеспрямовано впливає інформація, яка є всередині системи і яка надходить у систему з навколишнього середовища.

Системний підхід – один з найперспективніших наукових напрямків у технології, оскільки саме до категорії великих систем належать більшість систем промислових технологій.

Підсистеми в системі промислових технологій:

  •  видобувні технології – використовуються для добування корисних копалин;
  •  технології первинної переробки (технології збагачення) – їх реалізація дає змогу одержати збагачену сировину;
  •  технології переробки – внаслідок їх реалізації одержують матеріали для оброблюючих виробництв;
  •  технології обробки – дають можливість із матеріалів одержати готову продукцію;
  •  інформаційні технології – забезпечують узгоджену дію основних промислових технологій, їх функціонування в системі.

Технологія (від грецького technë – мистецтво, ремесло, майстерність, вміння та logos – слово, наука, знання, вчення) – наука про ремесло.

2. Технологічні системи, їх елементи.

Технологія у широкому розумінні є сукупністю знань, відомостей про послідовність окремих виробничих операцій у процесі виробництва чого-небудь.

Промислова технологія – це сукупність способів обробки або переробки матеріалів, виготовлення виробів, проведення різних виробничих операцій тощо.

Система (від грецького systema – ціле, складене із частин, з’єднання) – це сукупність взаємопов’язаних елементів, що становлять певну цілісність, єдність. Системами є, наприклад, технічне устаткування, що складається з окремих вузлів та деталей, живий організм, утворюваний сукупністю клітин, колектив людей, виробничий підрозділ, галузь промисловості, країна.

Технологічною системою називають об’єкт, який взаємодіє із зовнішнім середовищем, складається із великої кількості елементів, які взаємопов’язані між собою потоками і функціонують як єдине ціле із спільною метою – забезпечити економічно доцільне перероблення сировини на потрібну продукцію.

Елемент системи – частина системи, яка має цілком певне функціональне призначення. Елементи бувають прості і складні. Складні елементи системи, які, в свою чергу, складаються з простіших взаємопов’язаних елементів, називаються підсистемами.

Якщо за систему взяти будь-яке виробництво, то й підсистемами будуть його окремі підрозділи, цехи… між елементами системи існують функціональні звязки у вигляді потоків. Потоки бувають матеріальними, енергетичними, інформаційними.

Кожна система може розглядатись або як підсистема, або як елемент деякої більш великої системи. Наприклад, підприємство можна представити як систему, елементами якої є цехи, цех може бути представлений сукупністю виробничих дільниць, дільниця – як система верстатів тощо. З другого боку, підприємство можна розглядати як підсистему чи елемент більш великої системи (обєднання чи галузі промисловості).

3. Класифікація технологічних системи. Основні види технологій.

У загальному плані системи можна поділити на абстрактні та матеріальні.

Абстрактні системи – це продукт людського мислення, знання, теорії і теореми. Матеріальні системи – це сукупність матеріальних обєктів.

За походженням усі матеріальні системи поділяють на природні та штучні. Природні системи створені природно, штучні – людиною для задоволення певних потреб. До штучних систем належать виробничі, технологічні, технічні, хімічні та інші. Виробничі системи створюють для виготовлення необхідної продукції. Технологічні системи є складовими частинами виробничих систем. Вони створені для переробки вихідних матеріалів у напівфабрикати або готову продукцію. Технічні системи – це машини, апарати, агрегати, печі, прилади, транспортні засоби та ін. Технічні системи можуть існувати окремо або бути складовою частиною технологічної системи.

Розрізняють також статичні і динамічні системи. Стан статичних систем, на відміну від динамічних, з плином часу не змінюється. Виробничі системи, наприклад, постійно змінюють свій стан під впливом таких чинників, як наукові винаходи, нові технологічні процеси, зміни форми організації виробництва.

4. Розвиток технології як науки. Еволюція технологій.

Споконвіків визначальними та закономірними стимулами розвитку технологій були життєві потреби людей.

Найдавнішими технологіями можна вважати:

  •  обробку каменю, дерева, шкіри та інших матеріалів камяними ножами та рубилами (біля 800 000 р. до н. е.);
  •  використання вогню для обробки харчових продуктів, обігріву житла (біля 500 000 р. до н. е.);
  •  виготовлення перших човнів та деревяних весел із суцільних шматків дерев (біля 10 000 р. до н. е.);
  •  прядіння ниток та виготовлення тканини з використанням найпростіших прялок і ткацьких верстатів (біля 6000 р. до н. е.);
  •  виготовлення суцільних коліс із дерева для возів, посуду із глини з використанням гончарного круга, металургія міді (біля 4000 р. до н. е.);
  •  виготовлення плугів (біля 3000 р. до н. е.);
  •  виробництво борошна із зерен за допомогою ручних млинів, металургія заліза (біля 1000 р. до н. е.);
  •  виробництво борошна за допомогою водяних млинів (біля 300 р. до н. е.);
  •  виробництво паперу (105 – 300 рр.);
  •  виробництво баштових годинників, пороху, штампування рисунків на тканинах, виготовлення компасів з плаваючою стрілкою (650 – 1000 рр.);
  •  книгодрукування з використанням друкарських верстатів, виготовлення чавунних гармат та ядер, рушниць з прямою нарізкою стволів (1400 – 1480 рр.);
  •  виробництво чавуну в доменних печах, кольорове книгодрукування, використання в гірничій справі транспорту на дерев’яних рейках, виготовлення мікроскопів, телескопів, механічних годинників з маятниками та балансирами (1500 – 1870 рр.);
  •  виготовлення та використання парових двигунів, арифмометрів, коксу (1690 – 1740 рр.);
  •  виробництво тканини з використанням прядильних машин (Ейлер), виробництво дроту з використанням верстатів (1690 – 1775 рр.);
  •  фабричне виготовлення парових машин та їх широке використання, виробництво фасонного залізного прокату, виготовлення та використання парових молотів, пароплавів (1776 – 1790 рр.).

Історичний розвиток людської цивілізації безпосередньо пов’язаний з технологічною еволюцією.

Таким чином, технології є продуктом і джерелом розвитку цивілізації.

5. Технологічні уклади, їх стадії. Життєвий цикл технології.

Потреби суспільства були і залишаються головним стимулом розвитку технологій, технологічних систем і технологічних укладів, які почали формуватись в кінці XVII ст.. – на початку  XVIIІ ст.

Починаючи з кінця XVII ст. світовий техніко-економічний розвиток можно розглядати як еволюцію технологічних укладів (ТУ) – конгломератів поєднаних виробництв, що охоплюють замкнуті виробничі цикли єдиного технічного рівня.

Кожний ТУ має складну структуру, ядро ТУ створюють базові технології, які є основою технологічних систем усіх рівнів переробки ресурсів.

Це спонукає до впровадження інновацій, здатних формувати ядро  нового ТУ.

Інновації, інноваційні процеси  ґрунтуються на нових рішеннях у галузях технологій, техніки, організації господарювання та будь-яких інших сферах життя людини.

Інноваційний процес – це сукупність прогресивних якісних змін, що мають місце в будь-якій складній виробничо-господарській системі, в тому числі і технологічних системах.

Починаючи з промислової революції в Англії (кінець XVIIст.), в світовому техніко-економічному розвитку можна виділити дію п’яти ТУ, які послідовно змінювали один одного:

Перший ТУ (1700 – 1830 рр.).

Ядро ТУ – текстильна промисловість, текстильне машинобудування, виробництво чавуну, обробка заліза, будівництво магістральних каналів, водяні двигуни.

Ключовий фактор – текстильні машини, бавовна, чавун.

Основні переваги – механізація виробництва та його концентрація на фабриках, що забезпечувало зростання продуктивності праці, масштабів та прибутковості виробництва.

Другий ТУ (1830 – 1880 рр.).

Ядро ТУ – виробництво сталі, електроенергетика, важке машинобудування, неорганічна хімія, будівництво залізниць, пароплавобудування, верстато-інструментальна промисловість, чорна металургія.

Ключовий фактор – парові двигуни, верстати, вугілля, залізничний транспорт.

Основні переваги – зростання масштабів і концентрація виробництва на основі механізації праці з широким використанням парових двигунів.

Третій ТУ (1880 – 1940 рр.).

Ядро ТУ – електронне, електротехнічне та важке машинобудування, виробництво і прокат сталі, лінії електропередач, кораблебудування, неорганічна хімія.

Ключовий фактор – електродвигуни, широке використання сталі.

Основні переваги – підвищення різноманітності та гнучкості виробництва на основі використання електродвигунів, зростання якості продукції, виробленої із сталі та інших метало продуктів, стандартизація виробництва, урбанізація.

Четвертий ТУ (1940 – 1980 рр.).

Ядро ТУ – автомобілебудування, літакобудування, тракторобудування, кольорова металургія, синтетичні матеріали, органічна хімія, видобуток та переробка нафти, будівництво автошляхів.

Ключовий фактор – двигуни внутрішнього згорання, енергомісткі технології, енергія, нафта.

Основні переваги – масове виробництво серійної продукції з використанням конверсійних технологій, стандартизація виробництва, розселення людей у приміських зонах.

П’ятий ТУ (1980 – т. ч.).

Ядро ТУ – електронна промисловість, обчислювальна техніка, програмне забезпечення, засоби телекомунікацій, оптичні волокна, робототехніка, авіакосмічна промисловість, нові керамічні матеріали, інформаційні послуги.

Ключовий фактор – мікроелектронні компоненти.

Нові сектори, що формуються – біотехнології, космічна техніка, нанотехнології та ін.

Основні переваги – індивідуалізація виробництва та споживання, підвищення гнучкості і розширення різноманітності виробництва, автоматизоване управління виробництвом, деурбанізація виробництва та населення на основі нових транспортних і телекомунікаційних технологій.

У структурі пятого ТУ поступово зароджується ядро шостого ТУ – біотехнології, космічна техніка, нанотехнології та ін.

6. Структура дисципліни. Основні задачі курсу. Зв’язок з дисциплінами навчального плану.

У соціально-економічному розвитку держави визначальним є виробництво різних видів техніки, товарів та послуг. Галузеві технології і технологічні процеси – основа будь-якого виробництва.

Сучасний статус держави визначається двома найважливішими показниками: науково-технічним рівнем та здатністю до технологічного розвитку.

Майбутнім фахівцям необхідно мати чіткі уявлення про сучасну технологію.

Засвоєння технологічних основ виробництва різних видів продукції, стану базових галузей народного господарства, а також інноваційних технологій, що визначають технологічний прогрес, дозволять майбутнім фахівцям розуміти місце спеціальності «Прикладне матеріалознавство» в цих технологіях.

Курс з дисципліни «Основи технологій в галузях народного господарства» містить загальні відомості про технології базових галузей народного господарства України, а також найбільш технологічні процеси, розглядає питання якості продукції, загальні положення про структуру виробництва, його сировинну базу.

Вивчення основ технологій дозволить студентам:

  •  сформувати уявлення про основні засоби та предмети праці, які використовуються в технологіях основних виробничо-господарських комплексів;
  •  знати сучасний стан енергетичної і сировинної бази України;
  •  засвоїти основи стандартизації та сертифікації продукції;
  •  оцінювати сучасний стан і тенденції розвитку галузей народного господарства.

Отримані в результаті вивчення дисципліни знання дозволять майбутнім фахівцям використовувати їх у практичній діяльності.


Тема 2. Промислові технології і технологічні процеси

  1.  Промислові технології, їх види. Інформаційні технології.
  2.  Виробничі та технологічні процеси, типи виробництв.
  3.  Класифікація технологічних процесів та їх основні види.

Промислові технології і технологічні процеси

Технології за своєю функцією в системах технологій діляться на інформаційні та промислові. Промислові за цією ж ознакою діляться на чотири види: видобувні технології, технології збагачення, технології переробки, технології обробки і призначені для переробки матеріальних ресурсів на певний продукт.

Інформаційні технології – це комплекс методів і процедур, за допомогою яких реалізуються функції збору, передачі, обробки, збагачення та доведення до користовуча інформації про стан об’єкта, процесу чи явища з використанням обраного комплексу технічних засобів.

Технологія змінює якість чи первинний стан матеріалу. За аналогією з процесом переробки матеріальних ресурсів, який визначається сукупністю засобів і методів обробки, виготовлення, зміни стану, властивостей, форм сировини чи матеріалу, процес переробки інформації також можна визначити як технологію (рис. 2.1).

Принципова відмінність інформаційних технологій від промислових полягає в тому, що вона крім рутинних операцій містить елементи творчого характеру, які не піддаються регламентації та формалізації. Метою будь-якої інформаційної технології є виробництво інформації для наступного анналізу  і прийняття на його основі певного рішення.

Інформаційна технологія виникла на землі разом з виробництвом кілька мільонів років тому і у своєму розвитку пройшла кілька етапів. До другої половини ХІХ ст. панувала „ручна” інформаційна технологія. Вся обробка інформації виконувалася вручную за допомогою пера, рахівниці, бухгалтерських книг. Зв’язок здійснювався шляхом пересилання пакетів, листів тощо.

Винахід друкарської машинки, телефону, диктофону, модернізація системи поштового зв’язку доли змогу суттєво удосконалити як окремі операції, так і весь технологічний процес обробки інформації, підвищити продуктивність управління праці. Така „механізація” інформаційної технології стала базою формування діючих організаційних структур в економіці, системах технологій та інших галузях.

На зміну „механічній” інформаційній технології у 4- - 50-х роках ХХ ст. прийшла „електрична” технологія, заснована на широкому використанні електричних друкарських машинок, копіювальних машин, портативних диктофонів. Різко підвищилася якість, кількість і швидкість обробки документів та інших видів інформації.

З появою і широким розвитком ЕОМ та периферійної техніки настала ера комп’ютерної інформаційної технології, яка названа “новою” (сучасною, безпаперовою) інформаційною технологією.

Основу нової інформаційної технології (НІТ) становить комп’ютерна техніка, програмне забезпечення, розвинені комунікації. Комп’ютери допомагають людині підвищити пролуктивність праці завдяки збільшенню обсягів індивідуального виконання робіт.

Вивчення, систематизація, аналіз, модернізація, ефективна взаємодія промислових технологій та їх заміна в перспективі більш досконалими неможливі без широкого використання інформаційних технологій.

 Видобувними технологіями називається сукупність усіх дій людей і засобів виробництва, які потрібні для видобування корисних копалин із надр на поверхню землі.

У добувній промисловості основними методами видобутку сировини є відкритий (кар’єрний), підземний (шахтний), свердловинний спосіб.

 Технології збагачення використовують для одержання сировини з можливо більшим вмістом корисних елементів. Збагачення корисних копалин дає змогу підвищити ефективність виробництва.

У промисловості використовують попередню підготовку сировини і збагачення корисних копалин.

Фракції сировини, збагачені одним з корисних компонентів, називають концентратами.

 Методи збагачення сировини залежать від агрегатного стану вихідних корисних копалин і властивостей корисних компонентів. Методи збагачення мінеральної сировини в твердому стані поділяються на механічні, фізико-хімічні і хімічні. Ці методи грунтуються на різниці компонентів сировини за такими властивостями: густина, розмір і форма зерен, міцність, електропровідність, розчинність, змочуваність, магнітна проникність та ін.

Одним з основних видів механічного збагачення є електромагнітна сепарація. Цей метод застосовують, коли сировина складається з магнітних матеріалів (тих, що притягуються до полюсів магніту) і немагнітних (тих, що не притягуються до магніту). Таким чином, наприклад, відділяють магнітний і хромистий залізняки (магнітні матеріали) від пустої породи (немагнітної частини сировини).

До механічних методів збагачення належить також гравітаційне розділення (сухе та мокре), яке грунтується на різниці швидкостей осідання частинок в рідині або газі (залежно від густини частинок).

До фізико-хімічних способів збагачення належить флотаційний метод (від англ. – flotation). Він грунтується на різній змочуваності компонентів сировини. При цьому гідрофобні речовини (які погано змочуються) спливають на поверхню рідини, збираючи на своїй поверхні велику кількість бульбашок повітря. Пуста порода тоне, а частинки корисних копалин спливають.

 Хімічні способи збагачення грунтуються на різній розчинності частин сировини в розчиннику, різній здатності елементів сировини вступати в хімічні реакції, на випалюванні мінералів.

Технології переробки призначені для подальшої переробки збагаченої сировини з метою одержання матеріалів, необхідних для всіх галузей промисловості: металів, пластмас, хімічних матеріалів, будівельних матеріалів та ін.

 Найбільш вагомою в групі технологій переробки є металургія – галузь промисловості, яка займається виробництвом металів і сплавів з руд та іншої сировини.

Технології обробки передбачають виготовлення продукції, що відповідає своєму службовому призначенню з матеріалів переробних виробництв. Серед промислових технологій обробки розрізняють обробку тиском, зварювання, обробку різанням, електрофізичні методи обробки, технології литва тощо. Пріоритетним напрямком розвитку групи технологій є впровадження маловідходних ресурсозберігаючих технологій.

2. Виробничі та технологічні процеси, типи виробництв

Будь-яка промислова технологія існує в рамках виробничого процесу.

 Виробничий процес – це складна система взаємопов’язаних процесів праці, а іноді і природних процесів, внаслідок яких вихідні матеріали і напівфабрикати перетворюються на готову продукцію. Визначальним у виробничому процесі виступає процес праці, тобто цілеспрямована діяльність, в якій людина попередньо продуманим способом за допомогою засобів праці (обладнання, оснастка) змінює предмети праці (вихідну сировину, матеріали, напівфабрикати), перетворюючи їх на готовий продукт. Природні процеси здійснюються під впливом сил природи без участі людини. Наприклад, охолодження виливки, приролна сушка виробів після фарбування тощо.

Виробничим процесом називається сукупність усіх дій людини, а також знарядь виробництва, необхідних на даному підприємстві для виготовлення чи ремонту виробів, які випускаються. При його здійсненні матеріали і напівфабрикати перетворюються на готову продукцію. Виробничий процес охоплює підготовку засобів виробництва і обслуговування робочих місць, одержання і зберігання матеріалів і напівфабрикатів, усі стадії виготовлення продукції, складання виробів і їх частин, транспортування матеріалів, заготовок, деталей, складових частин і готових виробів, виготовлення тари, упаковку готової продукції та інші дії, пов’язані з виготовленням продукції, що випускається.

 Календарний час, потрібний для здійснення періодічно повторюваного виробничого процесу, називається виробничим циклом. Його тривалість визначається в одиницях календарного часу (годинах, днях, місяцях).

Найважливішою складовою частиною виробничого процесу є технологічний процес. Згідно з ДСТУ 2391-94, технологічний процес – частина виробничого процесу, яка містить у собі дії, спрямовані на змінення і подальше визначення стану передмета виробництва. При здійсненні технологічного процесу відбувається послідовна зміна форми, розмірів, властивостей матеріалу чи напівфабрикату з метою виготовлення виробу, який  відповідає заданим технічним вимогам.

Кожний технологічний процес, незалежно від його характеру, можна поділити на операції. Операцією називаеться закінчена частина технологічного процесу, що виконується на одному робочому місці над однією деталлю або групою деталей одним робітником. Об’єктом  можуть бути сировина, напівфабрикат, заготовка, деиаль. В операцію входять також дії, пов’язані з обслуговуванням верстата, пристрою, інструментів та деталі.

Технологічні операції поділяються на окремі складові.

Сучасний виробничий процес здійснюється за допомогою засобів виробництва. До них належать технологічне обладнання і технологічне оснащення.

 Технологічне обладнання – це знаряддя виробництва, в яких для виконання техпроцесу розміщуються матеріали або заготовки, засоби впливу на них і джерела енергії. Прикладом технологічного обладнання є ливарні машини, токарні верстати, термічні печі, преси, роботи.

 Технологічне оснащення – знаряддя виробництва, які використовуються з технологічним обладнанням і додаються до нього для виконання певної частини технологічного процесу. Наприклад, різальний і вимірювальний інструмент, штампи, пристрої, прес-форми, моделі тощо.

За спупенем універсальності (гнучкості) технологічне обладнання і оснащення поділяється на три типи: універсальне, спеціалізоване, спеціальне. Універсальне – обладнання, на якому можна виконувати венлику кількість різноманітних операцій. Спеціалізоване обладнання – це обладнання для виконання обмеженої кількості операцій технологічного процесу і обмеженої номенклатури виробів. Спеціальне обладнання виготовляється для виконання певних операцій при обробці деталей одного виду.

Умовно розрізняють одиничне, серійне і масове виробництво.

 Одиничне виробництво характеризується виготовленням широкої номенклатури виробів в одиничних кількостях, які, як правило, не повторюються.

 Серійне виробництво є найбільш поширеним у промисловості. Більшість продукції машинобудування, приладобудування, легкої промисловості є продукцією серійного виробництва.

 Масове виробництво характеризується випуском одного виробу у великих кількостях.

3. Класифікація технологічних процесів та їх основні види.

Класифікація технологічних процесів проводиться за такими ознаками: за видом руху матерії; способом організації процесу; кратніфстю обробки вихідних матеріалів, напрямом руху теплових і матеріальних потоків; агрегатним станом вихідних матеріалів.

За видом руху матерії всі технологічні процеси поділяють на фізико-механічні, хімічні, біологічні.

При здійсненні фізико-механічних процесів змінюються лише форма та фізичні властивості вихідних матеріалів. На цих процесах грунтується добувна галузь промисловості, деревообробна промисловість, обробка конструкційних матеріалів тиском, різанням, механоскладальні процеси. Наприклад, з деревини виготовляють меблі, із суміші цементу і відходів асбесту – шифер та різноманітні будівельні вироби.

При здійсненні хімічних процесів змінюється хімічний склад і внутрішня будова вихідних матеріалів. Ці зміни відбуваються внаслідок хімічних реакцій, що протікають між складовими вихідних матеріалів. Наприклад, у процесі виробництва чаву3ну відбуваються хімічні реакції між сполуками заліза та інших хімічних елементів. Внаслідок цих реакцій утворюється чавун, шлак і доменний газ.

У реалізації біологічних процесів беруть участь мікроорганізми – бактерії. Ці процеси є основою біотехнології. Біотехнології широко використовуються в харчовій, фармацевтичній, гірничорудній і хімічній промисловості, у процесі очищення стічних вод тощо.

За способом організації технологічні процеси поділяються на періодичні (дискретні), неперервні та комбіновані.

У періодичних (дискретних) процесах сировину подають до обладнання визначеними порціями через певні проміжки часу і так само після закінчення обробки одержують певну продукцію. До дискретних процесів належить більшість процесів обробки матеріалів різанням, штампування, одержання виливків тощо.

У неперервних процесах сировина надходить до обладнання постійним неперервним потоком, і після перетворення готова продукція неперервним потоком виходить з обладнання. Наприклад, розливання сталі на машинах неперервного литва, виробництво цементу, виробництво електроенергії.

Комбіновані процеси – це поєднання періодичних і неперервних процесів.

За видами технологічні процеси поділяються на хіміко-технологічні, високотемпературні, каталітичні, електрохімічні, біохімічні, фотохімічні, радіаційно-хімічні, лазерні, електронно-променеві, плазмові.

Хімічні реакції становлять основу хіміко-технологічних процесів. Хімічні перетворення речовин – це хімічні реакції, що ведуть до утворення нових продуктів.

 Високотемпературними називають такі процеси, для яких основним режимом протікання є підвищена темперавтура. Вони використовуються в металургії, в хімічній промисловості, промисловості будівельних матеріалів. До високотемпературних належать процеси хіміко-термічної обробки заготовок і деталей.

 Фотохімічними називають хімічні процеси, які протікають під дією світла або спричиняються ним. Молекула речовини при поглинанні кванта світла переходить в активний стан, а далі вступає в хімічну реакцію. Фотохімічні реакції протікають як в природі, так і в промисловості.

 Радіаційно-хімічні процеси – це такі, в яких використовуються для активації молекул, атомів, радикалів іонизуючі випромінення. За допомогою таких процесів проводять полімеризацію, радіаційне зшивання полімерів, синтез низькомолекулярних сполук, радіаційне очищення стічних вод, газів, діагностику і лікування в медицині.

Технології та технологічні процеси високошвидкісної обробки, обробки плазменим струмом, електронно-променеві, лазерні, хімічні, електрохімічні, ультразвукові технології, біотехнології, нанотехнології та інші перспективні технологічні процеси та технології розглядаються в підрозділі „Перспективні технологічні процеси і науково-технічний прогрес”.


Тема 3. Інновації та їх роль у розвитку технології

  1.  Еволюція економічного розвитку країн.
  2.  Поняття „інновація”. Види інновацій.
  3.  Інноваційні процеси і їх структура.
  4.  Мета і принципи державної інноваційної політики.

1. Еволюція економічного розвитку країн.

Революційний розвиток техніки проявляється в технологічних проривах – використанні принципово нових технологій і процесів. Коли революційний розвиток науки збігається в часі з революційним розвитком техніки, йдеться про науково-технічну революцію (НТР).

Процес розвитку НТР у світовій економіці останього століття умовно можно поділити на три етапи.

 Перший етап НТР (до 70-х років ХХ ст.) характерний розвитком великих підприємств та установ у наукомістких сферах діяльності, збільшенням обсягів виробництва, залученням до сфери виробництва значних сировинних, матеріальних, трудових, фінансових та інших ресурсів.

 Другий етап НТР (70-і – 90-і роки ХХ ст.) характерний проявами перевиробництва, кризою і скороченням виробництва великих підприємств, погіршенням стану довкілля,вичерпанням ресурсів енергетичних та промислових потужностей, недостатністю фінансових і трудових ресурсів.

 Третій етап НТР (початок 90-х років ХХ ст.) започаткував перехід до інноваційної моделі економічного розвитку. Інноваційна модель розвитку економіки обомувлює розробку та використання нової техніки і принципово нових енергоресурсозберігаючих і екологічно безпечних технологій, нових економічних та організаційних форм господарювання.

2. Поняття „інновація”. Види інновацій

Поняття „інновація” визначено Законом України „Про інноваційну діядьність”.

Цей закон визначає правові, економічні та організаційні заходи державного регулювання інноваційної діяльності в Україні.

Відповідно до закону:

Інновації – це новостворені (застосовані) і (або) вдосконалені конкурентоздатні технології, продукція або послуги, а також організаційно-технічні рішення виробничого, адміністративного, комерційного або іншого характеру, що істотно поліпшують структуру та якість виробництва і (або) соціальної сфери.

При розгляді цього питання необхідно зупинитися на розгляді основних термінів та визначень: інноваційна діяльність, інноваційний продукт, інноваційний проект.

  •  Інноваційна діяльність – це діяльність, спрямована на використання і комерціалізацію результатів наукових досліджень та розробок і зумовлює випуск на ринок нових конкурентоздатних товарів і послуг.
  •  Інноваційний продукт – це результат науково-дослідної і (або) дослідно-конструкторської розробки, що відповідає вимогам, встановленим цим законом.
  •  Інноваційна продукція – це нові конкурентоздатні товари чи послуги, що відповідають вимогам, встановленим цим законом.
  •  Інноваційний проект – це комплект документів, що визначає процедуру і комплекс усіх необхідних заходів щодо створення .
  •  Пріоритетний інноваційний проект – це інноваційний проект, що належить до одного з пріоритетних напрямків діяльності.

Підприємство (обєднання підприємств), що розробляє, виробляє і реалізує інноваційні продукти і (або) продукцію чи послуги, обсяг яких у грошовому вимірі перевищує 70 відсотків його загального обсягу продукції і (або) послуг, називається інноваційним підприємством (інноваційний центр, технопарк, технополіс, інноваційний бізнес-інкубатор тощо).

Під інноваційною інфраструктурою розуміють сукупність підприємств, установ, об’єднань, асоціацій будь-якої форми власності, а також організацій, що надають послуги із забезпечення інноваційної діяльності (фінансові, консалтингові, маркетингові, інформаційно-комуникативні, юридичні, освітні).

Обєктами  інноваційної діяльності є:

  •  інноваційні програми і проекти;
  •  нові знання та інтелектуальні продукти;
  •  виробниче обладнання та процеси;
  •  інфраструктура виробництва та підприємництво;
  •  організаційно-технічні рішення виробничого, адміністративного, комерційного або іншого характеру, що істотно поліпшують структуру і якість виробництва і (або) соціальної сфери;
  •  сировинні ресурси, засоби їх видобування і переробки;
  •  товарна продукція;
  •  механізми формування споживчого ринку і збуту товарної продукції.

Для систематизації інноваційної діяльності в Україні запропоновано класифікацію інновацій по таких видах:

  •  за направленістю – продуктові, технологічні, організаційно-управлінські та інфраструктурні;
  •  за значимістю – базові, покращуючі;
  •  за сферами застосування – локальні (місцеві, галузеві), регіональні, державні, міжнародні.

Класифікацію інновацій по видах показано на рис. 3.1.

Продуктові (товарні) інновації – мають місце у випадках технологічного вдосконалення продукції (принципово нові вироби, вдосконалені вироби або вироби, створені на нових чи значно вдосконалених методах виробництва).

Технологічні інновації – мають місце у випадках повної зміни технології виробництва продукції (нові технології, матеріали, обладнання, джерела енергії).

Організаційно-управлінські інновації – це такі процеси, при застосуванні яких створюють (використовують) нові методи організації і управління виробництвом.

Інфраструктурні інновації можуть бути застосовані у всіх трьох попередніх видах. Навчання керівників методам роботи в умовах ринкової економіки є прикладом інфраструктурної організаційно-управлінської інновації.

До базових інновацій відносять такі, що носять радикальний характер по отриманню і застосуванню принципово нових рішень, методів, технологій, продукції. Прикладом є створення і введення в дію сучасних електронних систем звязку з використанням міжнародних мереж ІНТЕРНЕТ та супутникового звязку.

 Покращуючі  інновації є комплексним процесом вдосконалення нової ідеї (методу, технології, процесу), який дає змогу отримати принципово нові якості предмета інновації, забезпечує вимоги ринку та отримання прибутку.

 Локальні (місцеві, галузеві) інновації – фінансуються і діють в локальній сфері діяльності підприємства.

 Регіональні інновації – фінансуються і діють в окремих регіонах держави.

 Державні інновації – фінансуються і діють на її території.

 Міжнародні інновації – фінансуються міжнародними організаціями і діють в межах, зазначених міжнародними угодами.

 

3. Інноваційні процеси і їх структура

Основу інноваційної діяльності складає інноваційний процес – комплексний процес освоєння та реалізації нового продукту (ідеї, технології, виробу).

Інноваційний процес розробки, освоєння та реалізації нового продукту (інновації) умовно можна поділити на чотири фази:

 Перша фаза інноваційного процесу включає розробку та освоєння інновації, вихід на ринок.

 Друга фаза – зростання виробництва.

 Третя фаза – стабілізації виробництва і реалізації інновації. На цій стадії продукт інновації вдосконалюють, модифікують, покращують його якісні показники, щоб витримати конкуренцію і втриматися на ринку.

 Четверта фаза – моральне старіння інноваційного продукту. Обсяг реалізації скорочується, падає конкурентоспроможність, нововведення починає витискатись іншими інноваціями.

4. Мета і принципи державної інноваційної політики України

Під інноваційною політикою розуміють комплекс принципів та заходів щодо стимулювання, розробки, супроводу, управління, планування і контролю процесів інноваційної діяльності в науково-технічній та виробничих сферах.

Державне управління та забезпечення реалізації державної політики у сфері інноваційної діяльності здійснює Кабінет Міністрів України через спеціально уповноважені центральні та регіональні органи виконавчої влади.

Головною метою державної інноваційної політики України є створення соціально-економічних, організаційних і правових умов для ефективного відтворення, розвитку й використання науково-технічного потенціалу країни, забезпечення впровадження сучасних екологічно чистих, безпечних, енерго- та ресурсозберігаючих технологій, виробництва та реалізації нових видів конкурентоспроможної продукції.

Основними принципами державної інноваційної політики України є:

  •  визначення державних пріоритетів інноваційного розвитку;
  •  формування нормативно-правової бази у сфері інноваційної діяльності;
  •  створення умов для збереження, розвитку і використання вітчизняного науково-технічного потенціалу;
  •  забезпечення взаємодії науки, освіти, виробництва, фінансово-кредитної сфери у розвитку інноваційної діяльності;
  •  ефективне використання ринкових механізмів для сприяння інноваційній діяльності, підтримка підприємництва у науково-виробничій сфері;

фінансова підтримка, здійснення сприятливої кредитної, податкової і митної політики у сфері інноваційної діяльності;

  •  сприяння розвиткові інноваційної інфраструктури;
  •  інформаційне забезпечення суб’єктів інноваційної діяльності;
  •  підготовка кадрів у сфері інноваційної діяльності.

Основними учасниками інноваційної сфери діяльності у світовій практиці визнані три групи структурних обєднань і одиниць:

  •  академічна наука, галузеві науково-дослідні інститути, університети, дослідницькі центри (лабораторії);
  •  науково-дослідні підрозділи промислових підприємств;

недержавні підприємства, що спеціалізуються на різноманітних стадіях інноваційного процесу.

Науково-технічні зони:

Технопарк – це територіально відокремлений комплекс, що діє на базі провідного університету за участю наукових установ, промислових підприємств, комерційних, організаційних, інформаційних та сервісних структур.

 Технополіс – структура, аналогічна технопарку, що знаходиться на території конкретного невеликого населеного пункту і яка визначає розвиток території розташування.

 Бізнес-інкубатор – організаційна структура, що має на меті створення сприятливих умов для ефективної діяльності новоутворених малих інноваційних фірм: надавати приміщення та необхідне обладнання на певний період, забезпечувати їх консультаціями з економічних та юридичних питань на пільгових засадах, організовувати інформаційне забезпечення, проводити експертизу інноваційних проектів.


Тема
4 Науково-технічний прогрес (НТП) і перспективні технологічні процеси

  1.  Інтенсифікація виробництва – найважливіше завдання НТП. Ресурсозбереження.
  2.  Перспективні технологічні процеси. 

  1.  Інтенсифікація виробництванайважливіше завдання НТП. Ресурсозбереження.

Інтенсифікація виробництва включає:

  •  Покращення використання наявного виробничого процесу;
  •  Прискорення відновлення основних виробничих фондів;
  •  Ефективне використання ресурсів;
  •  Перехід від еволюційних до революційних шляхів розвитку техніки і технології.

Найважливішим напрямком інтенсифікації є відновлення основних виробничих фондів. На заводах України експлуатується значна кількість обладнання постачань 1959 – 1964 років, а коефіцієнт його за міни не перевищує 1,5 %, тоді як у промислово розвинутих країнах темпи заміни обладнання сягають 6 – 8 % на рік.

Перехід виробництва на інтенсивний шлях розвитку пов’язаний з ефективним використанням ресурсів – ресурсозбереженням. Наприклад, кожна тонна збереженого палива або сировинних матеріалів за рахунок розвинених технологій обходиться в сучасних умовах в 2 – 3 рази дешевше, ніж іх видобування.

Ресурсозбереження включає:

  •  Економію сировини, матеріалів, енергії, робочого часу і отримання на цій основі додаткової продукції і при цьому дешевше, ніж за рахунок втягнення у виробництво нових ресурсів;
  •  Широке використання вторинної сировини, відходів виробництва і споживання;
  •  Створення маловідходних технологій і застосування нової ресурсозберігаючої техніки, використання ефективних засобів, використання вторинних матеріалів;
  •  Забезпечення високої якості продукції як спосіб задоволення потреб з меншими витратами праці і матеріалів.

Найбільш радикальне підвищення ефективності виробництва забезпечується переходом від еволюційних вдосконалень діючої техніки і технологій до принципово нових технологічних засобів і технологічних процесів.

  1.  Перспективні технологічні процеси

На основі нових принципів дії можна буде розробляти і застосовувати нові засоби виробництва і одержувати матеріали та вироби з радикально поліпшеними властивостями або ще не відомими комбінаціями властивостей. Вже недостатньо тільки вдосконалити відомі матеріали і модернізувати традиційні засоби виробництва. Такі вимоги до властивостей матеріалів майбутнього і виробів з них, як висока точність та надійність, реалізуються вже сьогодні.

Систематичне використання знань для створення нових і вдосконалення існуючих засобів є суспільною необхідністю. Якщо раніше наукове відкриття будь-якого ефекту, як правило, набагато випереджало його впровадження, то сьогодні реєстрація відкриття супроводжується безпосереднім аналізом його технічних можливостей. Якщо шлях від відкриття до виробництва у фотографії тривав 62 роки (1777 – 1839), у телефоні – 56 років (1820 – 1876), у радіоприймачів – 35 років (1867 – 1902), у радарів – 15 років (1925 – 1940), то  

транзистори були створені через 5 років після відкриття ефекту. Ця тенденція, певно, триватиме і в майбутньому.

Розвиток сучасних засобів виробництва ґрунтується на нових принципах дії і носіях енергії. Метою їх впровадження є скорочення до мінімуму витрат праці при виробництві й експлуатації виробів. Саме в цьому, в раціоналізації і автоматизації виробництва, полягає суть сучасної науково-технічної революції.

Поділ засобів виробництва на сучасні і традиційні є суб’єктивним, бо давно відомі засоби можуть легко трансформуватися в сучасні варіанти.

  1.  Технологія високошвидкісної обробки

Застосування високих швидкостей обробки – це спосіб обробки спеціальних матеріалів високошвидкісними ріжучим інструментом. Носіями енергії можуть бути ударні хвилі та електромагнітні хвилі. Ударні хвилі утворюються в різних середовищах (повітря, вода, пісок) за рахунок детонації вибухових речовин.

Найвідомішими прийомами високошвидкісного формування є вибухове, електромагнітне або електрогідравлічне формування. Швидкість і продуктивність порівняно із звичайними способами збільшуються на кілька порядків.

Ударні хвилі, що виникають при детонації вибухової речовини, діють на заготовку, як правило, через проміжне середовище (найчастіше це вода, рідше твердий матеріал), притискаючи її до інструмента і формуючи виріб. Цей спосіб дозволяє виробляти деталі складної форми, що важко формуються. Форми найчастіше прості і можуть бути виконані з бетону, пластмаси, твердих порід дерева або ебоніту.

При електромагнітному формуванні використовують енергію магнітних полів. Якщо в конденсаторі накопичена енергія до 199 кВт, то при його миттєвій розрядці створюється високо інтенсивне магнітне поле і на заготовку діють сили, що виникають при взаємодії протилежно направлених магнітних полів.

При електрогідравлічному формуванні носієм енергії є ударні хвилі, що виникають при підводному розряді. Сучасні промислові установки працюють з напругою від 5 до 15 кіловольт, а розробляються – до 50 кіловольт.

Якщо електромагнітна обробка служить в основному для з’єднання та збирання, то вибухова обробка викриває нові можливості при нанесенні покриттів, дозволяє з’єднувати матеріали, які не поєднуються звичайними способами.

При вибуховій обробці між матеріалами виникає швидкоплинний потік пластичного або рідкого металу що міцно їх з’єднує.

  1.  Технологія обробки плазмовим струмом

У плазмових паяльниках гази можуть розігріватися до 50 000 °К. при цих температурах атоми газу втрачають електрони і виникає іонізований електропровідний газ – плазма.

В плазмових паяльниках електрична дуга виникає або між катодом і сопловим анодом, що охолоджуються водою, або між катодом і заготівкою-анодом. Виникає електродуга, де газ розігрівається за рахунок зростаючих сили струму і напруги. Внаслідок термічного розширення на початку сопла газ виходить з нього зі швидкістю звуку.

Потужність застосованих у промисловості паяльників зараз досягає      120 кВт, а в майбутньому передбачаються установки потужністю до 10 000 кВт.

Понад 20 років тому в промисловості були використані для різання перші плазмові паяльники. Сьогодні їх застосовують дуже широко: під час різання високолегованих сталей і сплавів міді з алюмінієм, тобто матеріалів, які майже не піддаються автогенному різанню.

Техніка напилення відкрила нові перспективи для плазмових паяльників. Її застосовують як для матеріалів, що легко плавляться, так і для тугоплавких – вольфраму і молібдену, а також для твердих і крихких речовин (карбідів, оксидів, нітридів, боридів і силіцидів), які раніше вдавалося обробляти тільки за технологією металургії. За допомогою цього способу їх можна розпорошувати і наносити на фасонні заготовки. Нанесені в плазмі покриття служать в основному для захисту від корозії, підвищення зносо- та ерозостійкості.

Плазмові паяльники можна застосовувати при зварюванні особливо тонких деталей і при наплавленні корозійно-, жаро- та зносостійких матеріалів.

Зняття стружки, при якому прямий плазмовий паяльник замінює токарний верстат, ще тільки починає розвиватися. Висока температура плазми розплавляє заготовки на певну глибину, а рідкий матеріал видаляється обертанням заготовки та кінетичною енергією потоку плазми.

  1.  Електронно-променева технологія

Електрони, що випромінюються розжареним катодом у вакуумі порядку 10-4 мм рт. ст., розганяються високими потенціалами (близько 120 кВ) і збираються в пучки, з високою щільністю енергії до 110 Вт/мм2. При дії такими електронними променями на матеріал електрони проникають в нього на глибину до 10 мкм, перетворюючи свою кінетичну енергію в теплоту і викликаючи миттєве плавлення і випаровування матеріалу. Таким чином, за допомогою електронних променів можна обробляти всі металеві і кристалічні матеріали, знімати поверхневі шари (стружку), різати, переплавляти, зварювати, досягаючи продуктивності, швидкості зварювання до 50 м/хв. Легке фокусування електронних променів до діаметра в кілька мікронів зумовлює переваги їх застосування при суперточній обробці, як того вимагають мікроелектроніка та техніка напівпровідників.

2.4. Лазерна технологія

У 1960 році успішно випробувано перший лазер, а вже через 10 років його застосували при точному вимірюванні довжини в будівництві, управлінні роботою верстата, термальній обробці металів, орієнтації і пеленгації в космічному просторі, дослідженні морів і атмосфери, спектроскопії і медицині. Паралельно, з вивченням самого фізичного ефекту досліджують його можливості в техніці.

В технології лазерні промені використовують як джерело енергії при термообробці матеріалів. Вони можуть бути дуже щільно сфокусовані (до 1 мкм), причому дають можливість досягти таких високих температур, які дозволяють випаровувати будь-які відомі матеріали. Лазери застосовують при свердлінні, різанні і фрезеруванні тугоплавких металів і матеріалів, які важко піддаються обробці, кераміки, кварцу, скла, алмазу, слюди та ін. лазером модна свердлити отвори діаметром від 1 мкм до 2 мм і глибиною до 3 мм, причому глибина може в десять разів перевищувати діаметр. Такі отвори необхідні в годинникових механізмах. Лазер дозволяє здійснювати зварювання та пайки. При цьому лазер успішно виконує в принципі ті самі завдання, що й електронні промені, не вимагаючи створення високого вакууму. Можливості лазера в технологічних процесах розширюються, його використовують при зварюванні і різанні пластмаси, плавленні різноманітних речовин і локальному гартуванні мікрозон поверхонь.

2.5. Хімічні та електрохімічні технології

Поряд з фізичними ефектами в технології дедалі частіше використовуються успіхи, досягнуті в хімії та електрохімії.

Необхідно звернути увагу на електрохімічне розчинення і поверхневе електролітичне нагрівання – дві сучасні і багатообіцяючі технології.

До електрохімічної обробки відносять як електроерозійну обробку (спосіб, при якому зовнішнє джерело струму розчиняє підключений анод зразок), так і травлення металів. Обробка протікає або шляхом направленого розчинення матеріалу заготовки без контакту їїз інструментом. У промисловості застосовують електроерозійне шліфування і зачищення та електрохімічне полірування.

Електроерозійна обробка застосовується не тільки до матеріалів, що важко піддаються обробці різанням, але все більше і більше використовується для виготовлення деталей складної форми. Травлення фасонних деталей цілком відповідає вимогам їх мініатюризації і набагато перевищує можливості звичайної штамповки.

Електролітичне нагрівання дасть змогу за допомогою електричного розряду розігріти тверді провідники (метали, графіт) у струмопровідній рідині (електроліт) до температури порядку 2000 °С. Спосіб цікавий як для зварювання і пайки, так і для термообробки.

  1.  Ультразвукові технології

Ультразвукові хвилі є механічними коливаннями в діапазоні частот, що лежить вище 20 кГц. Вони, на відміну від електромагнітних хвиль, поширюються тільки в матеріальному середовищі. Енергія ультразвуку у дедалі більших масштабах використовується в промисловому виробництві.

Сучасне виробництво неможливо уявити, наприклад, без ультразвукового очищення. В промисловості можна зустріти ультразвукове свердлення деталей найрізноманітнішої форми з твердих і крихких матеріалів (свердлять дорогоцінне каміння, скло, ферити, кераміку, кремній, германій), а також ультразвукове зварювання металів і пластмаси.

Ультразвукове зварювання відкриває ще ширше коло можливостей для з’єднання матеріалів, що не піддаються звичайним способам зварювання.

  1.  Технологія дифузійних покриттів

До корозійної термічної зносостійкості матеріалів і виробів висуваються часом дуже високі вимоги, виконання яких здебільшого залежить від стану поверхні деталі.

Дифузійний ефект, тобто спроможність атомів проникати в тверді тіла, ліг в основу одного способу обробки поверхонь – способу дифузійних покриттів. Для гартування сталі в промислових масштабах її поверхню збагачують вуглецем і азотом шляхом дифузійного процесу. Існує можливість збагатити всі метали і сплави будь-яким елементом в певній зоні поверхні, якщо основний матеріал при достатньо високій температурі привести в контакт  з дифундуючи ми атомами. Виробляються покриття завтовшки від 0,01 до 2 мм, властивості яких залежать від складу та структури дифузійного шару, що утворився. Цим способом можна одержувати як шари з різноманітних сплавів, так і нітридні, карбідні, боридні. Крім того, можна змусити кілька елементів дифундувати один за одним або водночас. Цим досягаються більш широкі комбінації властивостей. Для підвищення стійкості до корозії, зносу і нагрівання поряд з вуглецем і азотом сьогодні застосовуються також бор, алюміній, хром, цинк і кремній, що дифундують у металеві матеріали.

2.8. Біотехнології

Біотехнології – це використання природничих та інженерних наук у біоіндустрії для забезпечення біологічної спільноти потрібними продуктами та послугами. Біотехнології широко використовуються у сільському господарстві (високопродуктивні та стійкі сорти рослин, гербіциди, регулятори росту, вакцини та сироватки для лікування тварин, кормові білки).

Біотехнології є провідними в медицині при створенні антибіотиків, біологічно активних речовин і фармпрепаратів, інсуліну, гормонів росту та противірусних вакцин.

У харчовій, хімічній та гірничорудній промисловості, очищенні стічних вод та біозахисні довкілля широко використовуються біотехнології. За їх допомогою отримують багато цінних речовин – ферменти, амінокислоти, спирти, вина, пиво, кисломолочні продукти, кормові та медичні дріжджі, органічні кислоти та їх солі, ацетон.

Багато промислових технологій замінено на процеси з використанням ферментів та мікроорганізмів:

  •  Біотехнологічні переробки руд кольорових металів, сільськогосподарських, промислових та побутових відходів;
  •  Отримання біогазу та добрив.

2.9.Нанотехнології

Нанотехнологія – галузь молекулярної технології, орієнтована на створення шляхом маніпуляцій з об’єктами манометричних розмірів (10-9 м) пристроїв, речовин та матеріалів із спеціальною структурою та комплексом фізичних, хімічних і біологічних властивостей.

Усі варіанти нанотехнологій засновані на локальному, з точністю до нанометрів і навіть до окремих атомів, управлінні атомно-молекулярними реакціями. Термін «нанотехнологія» введено у 1978 році Н. Танігучі для маніпуляцій з об’єктами розміром менше 1 мкм. Практична реалізація деяких нанотехнологічних процесів стала можливою після винаходів скануючи тунельного та атомно-силового мікроскопів у 1981 та 1986 роках.

Основні напрямки нанотехнологій:

  •  Виготовлення електронних схем і нанокомпютерів з активними елементами атомно-молекулярних розмірів;
  •  Розробка і виготовлення нанороботів, здатних працювати з об’єктами молекулярних розмірів;
  •  Створення матеріалів з комплексом потрібних властивостей шляхом маніпуляцій атомами чи молекулами при перебудові існуючих структур або методом молекулярного збирання;
  •  Розробка і виготовлення легких, композиційних, надміцних і високопровідних матеріалів;
  •  Створення наноматеріалів для високоефективного виробництва і контролю якості продуктів харчування.

Вже зараз для технологічного контролю при виготовленні цифрових відеодисків використовують нанотехнології, а С. Деккер на основі нанотехнологій у 1998 році створив транзистор. Нанотехнології перспективні для використання при створенні спеціального обмундирування чи протидії невидимості літальних апаратів.

Нанотехнології можуть привести світ до третьої НТР – нової наноіндустріальної революції, яка радикально змінить не лише економіку, а й життєве середовище людини.


Тема 5 Якість продукції, стандартизація, метрологія і сертифікація

  1.  Якість продукції та її показники.
  2.  Управління якістю продукції на промисловому підприємстві.
  3.  Стандартизація та її вплив на якість продукції.
  4.  Метрологічне забезпечення якості продукції.
  5.  Сертифікація продукції та підтвердження відповідності.

1. Якість продукції та її показники

Якість продукції та її показники. Управління якістю продукції на промисловому підприємстві. Стандартизація та її вплив на якість продукції. Метрологічне забезпечення якості продукції. Сертифікація продукції та підтвердження відповідності.

Проблема забезпечення і підвищення якості продукції завжди була , є і буде актуальною для підприємств всіх країн світу. Причому з розвитком науково-технічного прогресу, глобалізацією економіки проблема якості не спрощується а, навпаки, стає ще складнішою. Адже для успішної конкуренції на товарних ринках потрібна продукція високої якості, яка відповідає кращим світовим зразкам чи їх перевищує.

Співвідношення „якість – ціна” стає головним фактором прибутковості підприємств, причому світовий досвід показує, що пріоритет в цьому співвідношенні має рівень якості.

Загалом якість продукції – це сукупність її властивостей, що зумовлюють міру її придатності задовольняти певні потреби споживачів відповідно до свого призначення.

Оцінка якості продукції здійснюється за допомогою різноманітних показників, які залежать від виду продукції.

Вибір номенклатури показників якості продукції та їх числових значень проводиться методами прикладної кваліметрії – науки про вимірювання і оцінку якості продукції.

Показники якості можна об’єднати в 4 наступні групи:

  1.  Показники технічного рівня, які свідчать про ступінь досконалості конструкції. Вони наводяться в технічній документації на вироби. До них відносять: маса виробу, його габарити, потужність, коефіцієнт корисної дії, умови експлуатації;
    •  Надійність (властивість виробу виконувати свої функції зі збереження експлуатаційних показників у встановлених межах протягом відповідного проміжку часу. Кількісно вона характеризується тривалістю безвідмовної роботи, тобто середнім часом роботи між двома несправностями);
    •  Довговічність (властивість виробу тривалий час зберігати свою робото здатність за тих чи інших умов експлуатації. Її оцінюють двома головними показниками – строком служби (календарною тривалістю експлуатації до певного граничного стану) і технічним ресурсом (можливим напрацюванням у годинах);
    •  Ремонтопридатність (характеризується можливістю швидкого вияву й усунення несправності в техніці);
    •  Технологічність (встановлює трудомісткість виготовлення, матеріало- та енергоємність, ступінь механізації й автоматизації);
    •  Транспортабельність (включає масу, габарити, матеріало- та трудомісткість упаковки, можливість контейнеризації);
    •  Ергономічність (характеризує зручність виготовлення, зберігання, транспортування, монтажу й експлуатації продукції (температурний режим, рівень токсичності, запиленості, вібрації);
    •  Естетичність (відображає художню виразність, зовнішній вигляд, якість поверхонь) та інші.
  2.  Показники стабільності якості продукції:
  •  Коефіцієнт варіації основних параметрів, який показує відхилення фактичних значень показників якості від номінальних;
  •  Відсоток браку;
  •  Кількість рекламацій, отриманих виробником від споживачів за певний період експлуатації;
  •  Дотримання вимог стандартів, технічних умов, норм і правил, встановлених на даний вид продукції.
  1.  показники економічної ефективності:
  •  собівартість продукції;
  •  рентабельність;
  •  річний економічний ефект.

4. Показники конкурентоздатності на зовнішньому ринку, які відображають міру використання нових винаходів при проектуванні виробів.

2. Управління якістю продукції на промисловому підприємстві.

Управління якістю продукції на промисловому підприємстві здійснюється в рамках діючої комплексної системи управління якістю продукції (КС УЯП).

Існує певний міжнародний і вітчизняний досвід з розробки та впровадження КС УЯП, який детально описаний в спеціальній літературі. В результаті міжнародного досвіду були створені міжнародні стандарти ISО серії 9000 і 10000, які конкретизують вимоги до системи якості, порядок їх розробки, правила вибору і побудови елементів системи якості.

Важливою складовою КС УЯП є технічний контроль якості продукції на стадії її виготовлення, який покладається на відділ технічного контролю підприємства.

Стабільність якості серійної продукції забезпечується наступними видами технічного контролю:

 Вхідний контроль здійснюється лабораторією та відділом технічного контролю (ВТК) за допомогою інструментів та лабораторного обладнання, передбачених відповідними стандартами.

Операційний контроль включається до технологічного процесу і здійснюється виробничим персоналом; вміст виробничого контролю відображається у технологічних картах виготовлення виробів та картах контрольних операцій.

 Технологічний контроль здійснюється працівниками спеціалізованих служб, проводиться згідно з графіком, а також при виявленні в процесі операційного контролю відхилень у роботі обладнання.

 Приймальний контроль виконується працівниками ВТК та заводської лабораторії на заключному етапі виробничого процесу.

 Інспекційний контроль проводиться періодично із залученням працівників ВТК і лабораторії для отримання загальної оцінки якості продукції, що випускається.

 Технічний контроль якості продукції на підприємстві здійснюється єдиним заводським органом – відділом технічного контролю, що є самостійним структурним підрозділом. Начальник ВТК підпорядковується безпосередньо директору підприємства і разом з ним та головним інженером відповідає за добро якість продукції, що випускається.

Продукція, виготовлена з відхиленнями від стандартів і ТУ, належить до виробничого браку. Брак може підлягати виправленню, якщо технічно можливо і  економічно доцільно усунути всі дефекти, і може не підлягати виправленню (остаточному), якщо не можна усунути всі дефекти. Брак класифікують також за місцем виявлення (внутрішньозаводський і зовнішній), за причинами і винуватцями. Виявлений брак контролер ВТК оформлює спеціальним актом, що потім передається в бухгалтерію. Вартість браку відноситься на рахунок конкретного винуватця.

3. Стандартизація та її вплив на якість продукції

Жодне підприємство не може функціонувати без нормативних документів, які регламентують правила, процеси, методи виготовлення та контролю продукції. Об’єктивні закони розвитку техніки і промисловості неминуче ведуть до розробки нових вимог, правил і норм стосовно різних видів діяльності або їх результатів. Стандартизація синтезує в собі новітні досягнення в науці, техніці, технологіях. Суттєво впливає на рівень промислового виробництва, якість продукції і в кінцевому рахунку на життєвий рівень населення.

Під стандартизацією розуміють встановлення й застосування єдиних правил з метою впорядкування діяльності в певній галузі.

Стандарт – це нормативний документ, який встановлює обов’язкові для загального і багаторазового застосування правила, загальні принципи або характеристики, які стосуються різних видів діяльності чи результатів.

 Існують три види стандартизації: міжнародна, регіональна і національна.

 Міжнародна стандартизація – це стандартизація, що проводиться на міжнародному рівні, участь в якій відкрита для відповідних органів всіх країн. В 1946 році 25 країн під егідою ООН створили міжнародну організацію із стандартизації ISO, яка успішно діє і тепер.

 Регіональна стандартизація – стандартизація, що проводиться на відповідному регіональному рівні, участь у якій відкрита для відповідних органів країн певного економічного або географічного простору.

 Національна стандартизація – це стандартизація, яка проводиться на рівні однієї країни.

В Україні організовує і координує роботи з стандартизації та функціонування державної системи стандартизації Державний комітет України з стандартизації, метрології та сертифікації (Держстандарт України).

Національні стандарти України поділяються на такі:

  •  державні стандарти України – ДСТУ;
    •  галузеві стандарти України – ГСТУ;
      •  стандарти науково-технічних та інженерних товариств і спілок України – СТТУ;
      •  технічні умови України – ТУУ;
      •  стандарти підприємств СТП.

 Державні стандарти України встановлюють на вироби загальномашинобудівного застосування, продукцію для населення, науково-технічну термінологію, технічну документацію, методи випробувань.

 Галузеві стандарти розробляють на продукцію за відсутністю державних стандартів України чи в разі необхідності встановлення вимог, які перевищують або доповнюють вимоги державних стандартів.

 Стандарти науково-технічних та інженерних товариств і спілок розробляють у разі необхідності поширення результатів фундаментальних і прикладних досліджень, одержаних в окремих галузях знань чи в сфері професійних інтересів.

 Технічні умови містять вимоги, що регулюють відносини між виробником (розробником) і замовником (споживачем) продукції, для якої відсутні державні чи галузеві стандарти.

 Стандарти підприємств розробляють на продукцію (процеси, послуги), які виробляють і застосовують лише на конкретному підприємстві.

Продукція підприємств України не підлягає реалізації, якщо вона не відповідає обов’язковим вимогам, передбаченим чинними стандартами або технічними умовами.

В Україні також діє ряд систем стандартів, які об’єднують стандарти для нормативного забезпечення рішень технічних і соціально-економічних завдань в певній галузі діяльності.

Серед них єдина система конструкторської документації (ЄСКД); єдина система технологічної документації (ЄСТД); державна система забезпечення єдності вимірювань (ДСВ); система стандартів безпеки праці (ЄСБП); єдина система технічної підготовки виробництва (ЄСТПВ); система розробки і поставлення продукції на виробництво (СРПВ).

  1.  Метрологічне забезпечення якості продукції

Вимірювання фізичних величин є невідємною операцією технологічних процесів, контролю та випробувань матеріалів, деталей, конструкцій і приймання готової продукції. Єдність вимірів досягається шляхом точного відтворення та зберігання встановлених одиниць фізичних величин і передачі їх розмірів засобам вимірювання. Відтворення. зберігання і передачу розмірів одиниць здійснюють за допомогою еталонів і зразкових засобів вимірювання.

Еталон – це засіб вимірювання (або комплекс засобів вимірювання), що забезпечує відтворення та зберігання одиниці з метою передачі її розміру нижчестоящим у перевірочній схемі засобам вимірювання, виконане за особливими правилами і затверджене в установленому порядку.

Еталони згідно підпорядкованості поділяють на первинні (вхідні) і вторинні (підлеглі). Первинні еталони відтворюють одиниці і передають їх розміри з найвищою точністю, досягнутою в даній області вимірів. Первинні еталони є вхідними для країни, їх затверджують як державні еталони. Вторинні еталони – це еталони-копії, еталони порівняння і робочі еталони. Еталони-копії служать для передачі розмірів одиниць робочим еталонам. Еталони порівняння служать для взаємного порівняння еталонів. Робочі еталони служать для перевірки зразкових і найбільш точних робочих засобів вимірювання.

Державні еталони створюють, затверджують і зберігають організації Держстандарту України. Вторинні еталони створюють, зберігають і застосовують міністерства і відомства.

Кожний еталон – це складна установка, яка включає комплекс засобів вимірювання, обладнання, допоміжні прилади.

Наприклад, одиниця довжини – метр – відтворюється за допомогою інтерференційної установки, що містить лампу з криптоном-86, інтерферометр з фотоелектричним мікроскопом, рефрактометр для визначення показань переломлення повітря, термометричну апаратуру для точних вимірів температури міри і повітря. Процес відтворення метру і його підрозділів полягає в порівнянні довжини штрихових або кінцевих еталонів з первинною еталонною довжиною хвилі оранжевої лінії випромінювання криптона-86 на інтерференційному компараторі.

Одиниця маси – кілограм – відтворюється за допомогою платиново-іридієвого прототипу № 12. Він отриманий Росією у 1889 р. та узаконений в якості первинного еталону маси у 1918 р.

Одиниця часу – секунда – відтворюється за допомогою еталону, основою якого є генератори на атомарному водні і кварцовий годинник.

На сьогодні еталонна база налічує 150 державних і спеціальних еталонів та 60 вторинних.

Міри або вимірювальні прилади, призначені для перевірки по них інших засобів вимірів, називаються зразковими засобами вимірів. Зразкові засоби зберігають і застосовують органи метрологічної служби. Зразкові засоби вимірів проходять метрологічну атестацію, на них видаються спеціальні свідоцтва із зазначенням параметрів і розряду за державною повір очною схемою.

Метрологічне забезпечення якості продукції включає:

  •  Встановлення характеристик продукції, процесів, фізичних явищ, що підлягають кількісному визначенню і оптимальних вимог до точності їх вимірювання;
  •  Визначення раціональної номенклатури засобів вимірювання і забезпечення єдності й правильності їх показань при створенні і експлуатації вимірювальної апаратури;
  •  Забезпечення достовірності та співвідносності результатів вимірювання, що виконуються при розробці, виробництві, випробуваннях і експлуатації продукції, при вирішенні залач управління, охорони здоров’я, праці, техніки безпеки та ін.

Нагляд за мірами і вимірювальними приладами здійснюється Державною і відомчими метрологічними службами.

Завдання Державної метрологічної служби – забезпечення єдності і достовірності вимірів в країні на основі нормативно-технічних документів Державної системи забезпечення єдності вимірів.

Метрологічним наглядом в галузях народного господарства керують міністерства через органи відомчих метрологічних служб, що забезпечують єдність і достовірність вимірів в галузях.

Придатність засобів вимірів до застосування встановлюється на основі спеціальних повірок державної або відомчої метрологічної служби.

Найважливішим напрямком підвищення точності і об’єктивності контролю є механізація і автоматизація контрольних операцій.

  1.  Сертифікація продукції та підтвердження відповідності

Існує велика кількість різноманітних організаційних форм діяльності, при яких в тій чи іншій мірі проводиться оцінка якості продукції – це державний нагляд, технічний контроль, різноманітні види випробувань, атестація виробництва та ін.. але особливе місце серед них займає сертифікація. Це пояснюється передусім зростанням її ролі в міжнародній торгівлі України. Необхідно визначити, що таке сертифікація.

Сертифікація являє собою дію, яка проводиться з метою підтвердження з необхідною достовірністю відповідності продукції конкретним стандартам або технічним умовам і видачі відповідного документа – сертифіката, тобто сертифікація закликана створювати споживачу певні гарантії якості продукції чи послуг.

Згідно із Законом України «Про підтвердження відповідності» сертифікація – це процедура, за допомогою якої визнаний в установленому порядку орган документально засвідчує відповідність продукції, систем якості, систем управління якістю, систем управління довкіллям, персоналу встановленим законодавством вимогам. Таким документом є сертифікат відповідності.

Сертифікат відповідності – це документ, який підтверджує, що продукція, системи якості, системи управління якістю, системи управління довкіллям, персонал відповідає встановленим вимогам конкретного стандарту чи іншого нормативного документа, визначеного законодавством

Підтвердження відповідності встановленим законодавством вимогам здійснюють в акредитованих випробувальних лабораторіях.

 Випробувальна лабораторія – лабораторія, яка проводить технічні операції, що полягають у визначенні однієї чи декількох характеристик даної продукції згідно з встановленою процедурою. Процедурою передбачається попередній аудит виробництва та оформлення відповідної заяви виробника про відповідність продукції вимогам діючого законодавства.

Перелік продукції, яка належить до обов’язкової сертифікації, міститься в нормативно-правовому акті, який має назву технічний регламент з підтвердження відповідності.

Технічний регламент з підтвердження відповідності – це нормативно-правовий акт, затверджений Кабінетом Міністрів України, в якому міститься опис видів продукції, що підлягає обов’язковому підтвердженню відповідності, вимоги безпеки для життя та здоров’я людини, тварин, рослин, а також майна та охорони довкілля, процедури підтвердження відповідності цим вимогам, правила маркування і введення продукції в обіг.

 Введення продукції в обіг – це виготовлення або ввезення на митну територію України продукції з наступною самостійною або опосередкованою її реалізацією на території України.

 Законодавче регульована сфера – сфера, в якій вимоги до продукції та умови введення її в обіг регламентуються законодавством.

 Законодавче нерегульована сфера – сфера, в якій вимоги до продукції та умови введення її в обіг не регламентуються законодавством.

 Свідоцтво про визнання відповідності – це документ, що засвідчує визнання іноземних документів про підтвердження відповідності продукції вимогам, встановленим законодавством України.

Насправді на різноманітних підприємствах різних країн існують свої нормативні документи, згідно до яких виробляється продукція, свої методи і засоби вимірів і випробувань, свої принципи і практичні форми оцінки якості продукції. Їх слід звести до єдиних критеріїв, образно говорячи, «до загального показника».

Тому вже на початку 70-х років минулого століття був створений окремий комітет по сертифікації в рамках міжнородної організації по стандартизації (ISO), що називався СЕРТИКО, зараз він носить назву КАСКО.

Існують дві форми сертифікації: сертифікація, що проводиться організацією, незалежно від споживача і виробника, і, так звана, само сертифікація, коли самі підприємства-виробники проставляють на своїх виробах певний знак відповідності, несучи повну відповідальність за його відповідність національним стандартам.

Найважливішими умовами для введення сертифікації на підприємстві є:

  •  Забезпечення продукції повним комплектом високоякісної науково-технічної документації;
  •  Організація чіткого вхідного контролю із застосуванням метрологічного і контрольного обладнання, повністю відповідного вимогам стандартів і ТУ;
  •  Наявність на підприємстві системи забезпечення якості (управління якістю) продукції, що випускається, що забезпечує необхідне управління всіма стадіями технологічного процесу.

Як показує досвід, наявність на підприємстві системи управління якістю продукції зарубіжні фірми вважають обов’язковою вимогою для визнання результатів сертифікації і укладання контрактів на закупівлю продукції.

В нашій країні найбільшого розповсюдження отримала сертифікація, яка проводиться організацією, незалежною від споживача і виробника, як найбільш об’єктивною.

В Україні державним незалежним від галузей промисловості органом з акредитації органів сертифікації є Національне Агентство України з акредитації, до якого перейшли функції Держстандарту.


Тема
6 Організація і технічна підготовка виробництва

  1.  Організація і структура народногосподарського комплексу України.
  2.  Комплексна підготовка виробництва: види робіт, напрями удосконалення.
  3.  Технічна підготовка виробництва.

  1.  Організація і структура народногосподарського комплексу України

Промислово-господарську діяльність України здійснюють виробництва народногосподарського комплексу (НГК).

НГК України включає такі системи, як соціальна, економічна, організаційна, управлінська.

В основі соціальної системи присутні сукупність суспільних колективних  приватних інтересів людей (політичних, соціальних, економічних).

Економічна сукупність НГК обумовлена тим, що праця людей, як основної ланки соціальної системи, забезпечує функціонування засобів виробництва і отримання сукупного суспільного продукту.

Організаційна система НГК призначена визначати ефективні методи організації виробництва для раціонального використання устаткування, виробничих площ, матеріальних і трудових ресурсів, інформації, інженерного забезпечення виробництва.

Управлінська система НГК включає різні рівні управління від вищого (на рівні галузі) до нижчого на рівні виробництва з їх структурними підрозділами.

Виробнича підсистема є складовою частиною всі\ї макроструктури НГК, в якій здійснюється виробництво необхідних суспільству продуктів.

В сво чергу, центральною ланкою виробничої підсистеми є технологічна. В технологічному процесі вихідна сировина і матеріали  переробляються на готову продукцію.

НГК має взпємоповязану структуру, що утворена за допомогою вертикальних і горизонтальних звязків.

Структурну вертикаль складають:

  •  Технологічна операція – вихідна структурна ланка в технології промислового виробництва, яка виконується робітником, оператором і є початком структурної вертикалі;
  •  Дільниця – структурна виробнича одиниця, що поєднує технологічні операції. Організацію, забезпечення і контроль виконання робіт на ділянці виконує майстер, прораб та ін.;
  •  Технологічний процес – це функціональний ряд дільниць, що здійснює комплекс послідовних, паралельних або сполучних технологічних операцій. За організацію і регламент роботи відповідає технолог;
  •  Цех або інший аналогічний структурний підрозділ, який виконує комплекс технологічних процесів. Організаційно-управлінські функції в ньому
  •  здійснює начальник цеху.
  •  Підприємство – комплекс цехів або інших подібних структур, в яких забезпечується в завершальному циклі виготовлення готової продукції або комплектуючих засобів. Організаційно-управлінські функції на підприємстві здійснює його директор;
  •  Виробнича галузь – сукупність підприємств і організацій, які спеціалізуються на переробці однорідної сировини і виробляють продукцію народно-господарського призначення (наприклад, машинобудування, будівництво, металургійна галузь).
  •  Виробничо-господарський комплекс включає виробничі галузі НГК. Це основна структура держави, що забезпечує виробництво матеріальних цінностей суспільства, керування якою здійснює Кабінет Міністрів.

Взаємозв’язок структурних ланок НГК по горизонталі здійснюжться на рівні галузей, підприємств та їх підрозділів. Так, сировина добувних галузей (паливо, руда, нерудна сировина) направляється в переробні галузі (металургійну, хімічну), а отримані ними метал, хімічні, будівельні та інші матеріали направляють на підприємства галузей машинобудування, хімічної промисловості будівництва для виробництва готової товарної продукції (машин, продукції будівництва, продукції хімії, споживчих товарів).

Взаємозв’язок підприємств по горизонталі здійснюється взаємною поставкою сировини, матеріалів, комплектуючих виробів, готової продукції. Усередині підприємства взаємодія по горизонталі здійснюється між його структурними підрозділами на рівні цехів та дільниць.

  1.  Комплексна підготовка виробництва: види робіт, напрями удосконалення

Комплексна підготовка виробництва (КПВ) реалізується в технічному (науково-дослідна, конструкторська, технологічна), організаційному, матеріально-технічному, соціальному та економічному видах підготовчих робіт. Класифікація робіт по КПВ у загальному вигляді наведена на рис. 6.1.

При виконанні науково-дослідної, конструкторської і технологічної стадії закладаються практично усі техніко-економічні показники виробу: строк його використання, показники конкурентоздатності, надійності та довговічності; на стадіях організаційно-плановій і матеріально-технічній визначають заходи та засоби, які забезпечують мінімальну матеріалоємність, трудоємність виготовлення виробу.

Рисунок 6.1 – Класифікація робіт з комплексної підготовки виробництва

  1.  Технічна підготовка виробництва

Технічне підготовлення виробництва включає науково-дослідні, конструкторські і технологічні роботи. Система постачання продукції на виробництво регламентує загальні правила розроблення та поставлення на виробництво продукції виробничо-технічного призначення відповідно до ГОСТ 15.001-88, який передбачає:

  •  Розроблення технічного завдання (ТЗ);
  •  Розроблення наукової, технічної і нормативно-технічної документації;
  •  Виготовлення і випробування зразків продукції;
  •  Приймання результатів розроблення;
  •  Підготовлення і освоєння виробництва.

Науково-дослідні роботи (НДР) є складовою частиною єдиного інноваційного процесу «наука-техніка-виробництво» і його початковою стадією. До НДР належать фундаментальні, пошукові та прикладні дослідження.

Правила виконання НДР встановлює ДСТУ 3973-2000.

Фундаментальні наукові дослідження – наукова теоретична та (або) експериментальна діяльність, спрямована на одержання нових знань про закономірності розвитку природи, суспільства, людини, їх взаємозвязку.

Пошукові наукові дослідження – теоретичні дослідження, пов’язані з поглибленням знань із визначеної наукової проблеми і (або) створенням підґрунтя для проведення прикладних досліджень.

Прикладні наукові дослідження – науково-технічна діяльність, спрямована на одержання і використання знань для практичних ідей.

НДР виконують відповідно ТЗ. ТЗ розробляють на основі результатів виконання попередніх досліджень і експериментальних робіт, аналізу патентної, науково-технічної документації інформаційних матеріалів, а також досвіду попереднього розроблення та експлуатації аналогічної продукції.

Дослідно-конструкторські і технологічні роботи (ДКР) – складова частина єдиного інноваційного процесу «наука-техніка-виробництво», під час виконання якої реалізують НДР або набуті знання і досвід у технічній документації для створення дослідних зразків продукції, що передують її серійному виробництву.

Правила виконання ДКР установлю\ ДСТУ 3974-2000.

Основним завдання ДКР є розроблення нової науково-технічної продукції і модернізації тієї, що вже існує, а також технології її виробництва.

До ДКР належать роботи з розроблення технічної документації і технології виготовлення дослідних зразків (дослідних партій).

Типова схема розроблення продукції на стадії ДКР передбачає:

  •  Розроблення ТЗ на ДКР;
  •  Розроблення конструкторської, технологічної та експлуатаційної документації;
  •  Виготовлення дослідного зразка (дослідної партії) продукції і проведення попередніх випробувань;
  •  користування  КД за результатами приймальних випробувань та приймання результатів ДКР.

ДКР виконують відповідно до вимог ТЗ із урахуванням вимог стандартів і нормативних документів.

Типові стадії та етапи виконання ДКР наведено в таблиці 6.1.

Таблиця 6.1 – Стадії розроблення КД та етапи виконання робіт

Стадії розроблення

Етапи виконання робіт

Технічна пропозиція

Добір науково-технічних і патентних документів. Розроблення технічної пропозиції, маркетингових досліджень і ТЗ на ДКР. Розгляд та затвердження технічної пропозиції

Ескізний проект

Розроблення комплекту документів ескізного проекту. Виготовлення та випробування макетів або експериментальних зразків. Розгляд та затвердження ескізного проекту

Технічний проект

Розроблення комплекту документів технічного проекту. Розроблення конструкторських рішень вибору та його складових частин. Розгляд та затвердження технічного проекту

Робоча конструкторська документація дослідного зразка (дослідної партії) виробу, призначеного для серійного (масового) чи поодинокого виробництва

Розроблення робочої КД, призначеної для виготовлення і випробування дослідного зразка (дослідної партії). Виготовлення і попередні випробування дослідного зразка (дослідної партії). Приймальні випробування дослідного зразка (дослідної партії). Коригування КД за результатами приймальних випробувань дослідного зразка (дослідної партії).

Технічна пропозиція – сукупність конструкторських документів, які повинні містити технічні і техніко-економічні обґрунтування доцільності розробки документації виробу на основі аналізу ТЗ.

Ескізний проект – сукупність конструкторських документів, які повинні містити принципові конструктивні рішення, що дають загальне уявлення про устрій і принцип роботи виробу, а також дані, що визначають призначення, основні параметри і габаритні розміри виробу, що розробляється.

Ескізний проект після погодження і затвердження в установленому порядку є основою для розробки технічного проекту або робочої документації.

Технічний проект – сукупність конструкторських документів, які повинні містити остаточні технічні рішення, що дають повне уявлення про похідні дані для розробки робочої документації.

Технічний проект після погодження і затвердження в установленому порядку є основою для розробки робочої конструкторської документації.

Робоча документація – сукупність конструкторських документів, за якими виготовляють і випробують дослідні або серійні зразки промислових виробів.


Тема
7 Сировинно-матеріальне забезпечення промислових технологій

  1.  сировина як первинний предмет праці.
  2.  Класифікація сировини: первинна, штучна, вторинна. Відходи промисловості.
  3.  Техніко-економічні характеристики сировини у промислових технологіях.
  4.  Роль води та атмосферного повітря в сировинно-матеріальному забезпеченні промислових технологій.

1. сировина як первинний предмет праці.

Основним завданням промисловості є виготовлення продукції для задоволення потреб суспільства.

Промислова продукція – це вироби, які отримують внаслідок перероблення так званої сировини.

Сировиною називають природні та штучні речовини, матеріали і вироби, які використовуються для виробництва промислової продукції.

Наприклад, з видобувної природно-ресурсної мінеральної сировини залізної руди отримують продукцію – чавун, який, в свою чергу, є сировиною для подальшого отримання з нього продукції – сталі, яка є сировиною для отримання з неї металопродукції, і так далі.

Таким чином, сировина є первинним предметом праці, а її видобуток або отримання – початком будь-якої промислової технології чи системи (сукупності) технологій.

Сировину визначають як видобутий природний ресурс, на який витрачено певну працю і який потребує подальшої переробки в цільовий продукт.

Природні ресурси – джерело всякого матеріального і промислового виробництва.

2. Класифікація сировини: первинна, штучна, вторинна.

Відходи промисловості.

З метою систематизації сировина класифікована за такими ознаками:

За походженням – первинна, штучна, вторинна.

Первинна сировина – речовини природного походження, які не  зазнавали перероблення, в тому числі:

- мінеральна – видобувні корисні копалини (паливо-енергетичні, рудні, мінеральні, гідромінеральні, будівельні і коштовне каміння;

- тваринна – м’ясо, вовна, шкіра, шовк, молоко, хутро та інші види сировини, отриманої від тварин.

  •  Паливо-енергетична – нафта, природний газ, вугілля, торф, ядерне паливо, що використовується як джерело теплової енергії і сировина для енергетики, хімічної, металургійної та інших галузей промисловості.
  •  Рудна сировина – залізні, мідні, нікелеві, хромові, молібденові, уранові та інші руди, які містять один або декілька металів (поліметалічні руди).
  •  Мінеральна сировина – солі калійні, натрієві та ін., сірка, апатити, фосфорити тощо.
  •  Гідромінеральна сировина – підземні мінеральні і прісні води та розсоли.
  •  Будівельна сировина – граніт, вапняк, пісок, глина тощо.
  •  Коштовне каміння – алмаз, рубін, кришталевий кварц, бурштин та ін..

Штучна сировина – продукція  або напівпродукція інших виробників – матеріали, напівфабрикати, комплектуючі вироби.

Матеріалом називають те, з чого що-небудь виготовляють, виробляють, будують тощо.

Вторинна сировина – відходи промисловості і побічна продукція виробництва, які використовують при одержан7ні іншої продукції. Наприклад, доменний шлак при виробництві цементу.

Промислові відходи – невикористана частина сировини, продукції і напівпродукції, що утворилася в процесі виготовлення основної продукції. Наприклад, обрізки профільного прокату чи тканини.

Споживчі відходи – речовини та вироби, що втратили свої споживчі властивості. Наприклад, склотара, металобрухт тощо.

Побічна продукція – та, що утворюється поряд з основною в процесі переробки сировини. Побічну продукцію використовують як готову споживчу продукцію або як сировину для виготовлення іншої. Наприклад, у процесі виробництва цукру отримують патоку, жом, мелясу, які використовують у кормо виробництві, при виробленні етилового спирту, дріжджів, гліцерину тощо.

За ознакою застосування в галузях промислового виробництва або техніки матеріали можна поділити на машинобудівні, приладобудівні, хімічні, електротехнічні, ядерні, будівельні, матеріали легкої промисловості (тканини, шкіра тощо) та інші.

Машинобудівні матеріали за своєю природою поділяють на металеві та неметалеві. До металевих матеріалів належать метали і сплави чорних (залізо, чавун, сталь) та кольорових металів (алюміній, мідь, цинк, титан). До неметалевих – полімери, пластмаси, гума, кераміка, скло, ситали (склокристалічні матеріали), композиційні матеріали (сполучення двох або більше хімічно різнорідних матеріалів з чітко ю межею розподілу між ними).

За агрегатним станом сировину поділяють на тверду, рідинну і газову.

Тверда сировина – руди, вугілля, каміння, зерно.

Рідинна – вода, нафта, молоко.

Газова – повітря, природні та промислові гази.

За важливістю у технологічному процесі сировину поділяють на основну і допоміжну.

Основна сировина – така, на основі якої вироблена продукція.

Допоміжна сировина – така, яка є допоміжною при досягненні певних властивостей продукції або забезпеченні технологічного процесу її отримання. Наприклад, зерно – основна сировина для випікання хліба, а дріжджі – допоміжна, що забезпечує технологічний процес.

Класифікація сировини подана на рис. 7.1.

Рисунок 7.1 – Схема класифікації сировини

3. Техніко-економічні характеристики сировини у промислових технологіях

Якість сировини – це сукупність її технологічних, фізичних та хімічних властивостей, які забезпечують високий рівень технологічних процесів і якість продукції, що виробляється.

Висока якість сировини зумовлює підвищення економічної ефективності виробництва, визначає характер технології, режими роботи і продуктивність обладнання, визначає якість та собівартість кінцевої продукції.

Доконечною умовою підвищення ефективності промислового виробництва є також раціональне використання сировини, найважливіші складові якого – правильний вибір виду сировини, високоякісна первинна обробка та збагачення, комплексна її переробка, вторинне використання (при можливості), максимальне використання відходів виробництва.

Сучасний рівень техніки дає змогу випускати одну і ту саму продукцію з сировини різних видів. У машинобудуванні окремі деталі можна виготовляти з металу, пластмас, композитних матеріалів тощо. Вибір сировини в такому разі здійснюється з урахуванням умов використання, собівартості виготовлення, споживчих особливостей кінцевої продукції.

Комплексна переробка сировини передбачає повне або маловідходне використання, що забезпечує отримання максимального економічного ефекту з найменшим забрудненням довкілля.

Важливим методом раціонального комплексного використання сировини є впровадження в промисловість прогресивних технологій ресурсозбереження. Серед них значний економічний ефект може дати застосування таких технологій, як:

  •  Технології маловідходного формоутворення (перехід від обробки різанням до точного лиття, обробки тиском, порошкової металургії);
  •  Комбіновані технології маловідходної обробки матеріалів (плазменно-механічна обробка, алмазообробні технології, електрохімічні та електрофізичні методи обробки);
  •  Альтернативна енергетика (біоенергетика, вітрова, сонячна, геотермальна);
  •  Мініатюризація та комплексна автоматизація промислових виробництв;
  •  Технології раціонального використання матеріалів, енергії, палива, повітря і води.

Сучасна промисловість України відрізняється високою потребою в енергії, мінеральних ресурсах, воді, повітрі та інших видах сировини. Вугілля, нафта і газ є головними джерелами енергії і важливими сировинними ресурсами промислових технологій.

Сировинний фактор є провідним для таких видів виробництва, як добувне, лісове, деревообробне й целюлозно-паперове, виробництво будматеріалів, соди, добрив, збагачення руд і металургія, машинобудування, хімічна, нафтохімічна та харчова промисловість, агропромисловий комплекс.

Україна в цілому добре забезпечена такими мінеральними ресурсами: графітом, каоліном, ртуттю, бромом, залізними, марганцевими, титановими рудами, самородною сіркою, гіпсом, скляною сировиною. Недостатньо забезпечена паливно-енергетичними ресурсами, зокрема нафтою і природним газом, рудами кольорових металів, особливо алюмінієвою, мідною, свинцевою сировиною, що породжує певні економічні труднощі. Забезпеченість потреб України власними мінеральними ресурсами, за даними Національної академії наук України, наведена у табл. 7.1.

Таблиця 7.1 – Рівень забезпеченості потреб України власними мінеральними ресурсами станом на 1990 рік

Найменування

%

Найменування

%

Нафта

8

Вогнетривкі глини

106

Газ природний

22

Бентонітові глини

50

Вугілля

95

Сірка самородна

200

Залізні руди

140

Солі калійні

12

Марганцеві руди

175

Бром

250

Ртуть

260

Сіль кухонна

130

Титанові руди

140

Польовошпатова сировина

15

Графіт

700

Мінеральні фарби

150

Флюсова сировина

110

Скляна сировина

157

Доломіт

70

Гіпс

108

Каолін первинний

400

Камінь будівельний

116

Каолін вторинний

112

Цементна сировина

100

  1.  Роль води та атмосферного повітря в сировинно-матеріальному забезпеченні промислових технологій.

Особливе місце в сировинно-матеріальному забезпеченні промислових технологій займають вода і повітря.

Вода – джерело життя на Землі, без неї неможлива діяльність людини, робота промисловості  лише прісну воду, яка становить близько 3 % всіх земних ресурсів. Понад 85 % води, що застосовується в промисловості, витрачається в теплообмінних процесах нагрівання чи охолодження технологічних середовищ і потоків.

Це зумовлено унікальними властивостями води: високою теплоємністю і ентальпією випаровування (тепло утриманням). Так, для підігрівання 1 кг води на 1 градус потрібно витратити 4,2 кДж, або 1 ккал, а для її випаровування – 2,26 МДж, або 539 ккал. За зворотних процесів – конденсації пари й охолодження води – буде виділятися така сама кількість теплоти. Під час випаровування кожна тонна води поглинає 2,26 ГДж, що еквівалентно енергії, яка виділяється під час згорання понад 100 кг вугілля.

В енергетиці водяна пара є теплоносієм від джерела отримання теплоти (парового котла теплоелектростанції чи ядерного реактора атомної електростанції) до турбоелектрогенератора, який генерує електричну енергію.

У промисловості вода застосовується також для очищення технологічних газів, гідротранспортування сировини, вугілля, як розчинник і миючий засіб та як основний реагент чи сировина в ряді хімічних, біохімічних процесів добувної, металургійної, переробної, легкої, харчової та інших галузей. Практично немає технологічних процесів, в яких не застосовують воду.

Ефективність використання води у промисловості зумовлена сукупністю фізичних, хімічних і технологічних властивостей.

В Україні й інших країнах Європи найбільшими споживачами води є хімічна (35 – 40 %) і металургійна (30 – 35 %) промисловості, а також сільське господарство. Динаміка використання води у світі наведена за даними ООН (ЮНЕСКО) і подана у табл. 7.2.

Таблиця 7.2 – Динаміка світового використання води

Водокористу-вач

Роки

1900

1940

1950

1960

1970

1975

1986

2000

Населення

Промисловість

Сільське господарство

Випаровування з водосховищ

Усього

Примітка: у чисельнику – повне використання, у знаменнику – безповоротне.

Аналіз даних таблиці 7.2 показує, що використання води  промисловістю збільшилось за сторіччя у 63 рази, тобто втричі більше, ніж використання її населенням (у 22 рази).


Модуль 2 Базові галузі народного господарства України

Тема 8. Добувна промисловість

  1.  Загальна характеристика добувної промисловості.
  2.  Основні процеси гірничого виробництва.
  3.  Технології підземного та відкритого видобування вугілля.
  4.  Технології видобування нафти
  5.  Видобування природного газу
  6.  Видобування торфу.

7.  Технологіі виробництва коксопродуктів

  1.  Загальна характеристика добувної промисловості

Добування людьми будівельних матеріалів, різних металів відоме з найдавніших часів. Спочатку воно проводилось безпосередньо з поверхні землі, а пізніше і з підземних виробок. Суттєвим етапом у розвитку добування корисних копалин було використання металевих інструментів: сокир, клинів, кайл, кувалд та ін.

Історія гірничої справи – це історія поступового передавання машинам функцій людини, це комплекс робіт по відокремленню від масиву гірських порід, їх транспортуванню, підняття та переробка. Використання мінеральної сировини постійно зростає.

Передбачається, що зростання добування найважливіших корисних копалин складе не менше 1 – 2 % на рік, а загальна їх кількість, яка вилучається з надр у 1981 – 2000 роках, оцінювалась такими цифрами: світове добування залізної руди 19 – 22 млрд. т, міді 130 – 140 млн. т, нікелю 12 – 14 млн. т, молібдену 2,1 – 2,2 млн. т.

Але запаси мінерально-сировинних ресурсів, особливо ті, які знаходяться в землі, майже не відновлюються.

В табл.. 8.1 наведено дані про розвідані та вивчені запаси корисних копалин. З таблиці видно, що запасів вугілля, залізної, марганцевої та хромової руд, фосфатної сировини та калійних солей при використанні на рівні того ж періоду повинно вистачити ще на 100 – 300 років. Але запасів поліметалевих руд, які містять Ni, Co, W, Mo, Cu, Pb, Zn, Sn, а також азбесту та особливо самородків S залишилося на 30 – 60 років і менше.

Таблиця 8.1 – Запаси та прогноз споживання основних видів мінеральної сировини в світі на 1985 – 2005 роки

Види сировини

Запаси сировини

Споживання

Початок

Початок

1982

2000

1980

1985

1990

2000

2005

Вугілля, млн. т

719817

780000

1470

1532

1612

2326

2800

Залізні руди, млн. т

89283

130500

517,5

607

713

980

1150

Марганцеві руди,

млн. т

2343

2900

11,5

14,0

18,0

27,0

31,0

Нікель, тис. т

36335

51015

580

745

870

1155

1325

Кобальт, тис. т

1891

3250

21,0

26,2

35,0

52,5

59.8

Вольфрам, тис. т

1650

2381

45,8

54,0

62,2

72,6

83.1

Молібден, тис. т

1660

10450

73,3

96,8

122,3

204,0

265

Боксити, млн. т

6784

20100

11,8

16,8

22,3

34,3

33,4

Хромові руди, млн. т

12637

3547

6,45

8,52

10,06

12,83

14,5

Мідь, млн. т

3504

541

7,24

8,63

9,80

12,58

14,2

Свинець, млн. т

109

161

3,36

3,58

4,05

5,00

5,55

Цинк, млн. т

147

255

4,56

5,40

6,35

8,20

9,30

Олово, тис. т

2946

4330

179

196

211

250

273

Фосфатна сировина, тис. т

31276

31320

83,98

98,25

114,7

154,3

179

Калійні солі, млн. т

16220

15427

15,70

18,19

23,22

36,81

44,5

Сірка самородна,

млн. т

319

567

37,89

41,44

47,65

57,17

62,6

Азбест, млн. т

71

119

2,72

3,16

3,67

4,95

5,75

Особливістю мінерально-сировинного балансу України є низька якість майже всіх видів сировини  і більш глибоке залягання порівняно з аналогами (практично ніде в світі вугілля і залізна руда не видобуваються з таких глибин, як в Україні).

Ресурси нафти і природного газу представлені переважно дрібними і глибоко залягаючи ми родовищами, що обмежує форсоване збільшення видобутку.

Добувна промисловість України займається добуванням із надр землі, з води та лісів різних видів сировини, палива та інших продуктів. До її складу входять такі галузі: паливодобувна, гірничорудна, гірничохімічна, нерудна, заготівля деревини та ін.

Підприємства добувної промисловості України видобувають близько 40 видів основних корисних копалин і за своєю потужністю здатні щорічно видобувати їх близько 1 млрд. т.

Паливодобувна галузь є основою розвитку енергетики країни, яка, в сою чергу, створює умови для інтенсивного розвитку на базі сучасних технологій всіх інших галузей матеріального виробництва.

Паливо – це органічні сполуки, які здатні при високій температурі вступати в хімічну реакцію з киснем повітря і виділяти певну кількість тепла. Паливо буває природне і штучне. До природного належить деревина, торф, буре та камяне вугілля, антрацит, сланець, нафта і природний горючий газ. До штучного палива належить деревне вугілля, торфяний кокс, вугілля і торф у брикетах, мазут, бензин і паливні гази (генераторний, коксовий та доменний).

Штучне паливо утворюється внаслідок переробки природного палива. Під час переробки з них добувають також різні цінні продукти (мінеральні масла, фармацевтичну продукцію, фарби та ін.).

Показником, який характеризує цінність того чи іншого палива, є його теплотворна здатність. Коли тверде паливо спалюють без доступу повітря, то воно розпадається на дві складові частини: летючі речовини і твердий залишок (кокс).

Для відносного порівняння витрати різних видів палива в техніці запроваджено поняття «паливо». Умовним паливом називають таке паливо, яке має теплотворну здатність 29,33 МДж/кг. При спалюванні 1 кг бензину виділяється близько 44 МДж теплоти, камяного вугілля – 10,2 МДж. Теплота при згоранні палива виділяється тим більше, чим більше в складі палива вуглецю та водню. Одна тонна умовного палива еквівалентна 810 м3 природного газу, 0,67 т нафти, 1,1 т камяного вугілля, 2,1 т бурого вугілля, 2,4 т  торфу, 2,4 т дров.

  1.  Основні процеси гірничого виробництва

Добуванню корисних копалин передує їх розвідка для пошуку родовищ, визначення кількості та якості корисної копалини, встановлення основних елементів її залягання у надрах і характеру та властивостей навколишніх порід. Далі починається будівництво гірничого підприємства.

На практиці виділяють два основні способи розробки родовищ твердих корисних копалин: підземний та відкритий. Підземним називають спосіб, при якому родовища розробляють за допомогою підземних гірничих виробок. Особливістю відкритого способу розробки є те, що при ньому родовища розробляються за допомогою відкритих гірничих виробок.

У процесі розробки родовищ підземним способом виділяють три стадії гірничих робіт: розтин, підготовку та очисне вилучення. Розтином називають забезпечення доступу з поверхні землі до родовища (або його частини) за допомогою проведення гірничих виробок для створення умов підготовки корисної копалини до вилучення.

Гірничі виробки, які мають безпосередній вихід на земну поверхню, називають розтинаючими або капітальними (стовбури, штольні). В період експлуатації по цих виробках транспортують корисні копалини, пусті породи, людей, обладнання, а також через них вентилюють гірничі виробки, роблять водовідлив, каналізацію енергії. Запаси  корисних копалин, для розробки яких проведені всі необхідні виробки розтину, називаються розкритими запасами. Правила безпеки та технологічної експлуатації шахт вимагають не менше двох виходів з підземних гірничих виробок на земну поверхню: по одному з них надходить у шахту свіже повітря, переміщуються люди, порода, допоміжні матеріали, вантажі та комунікації, а по другому відходить відпрацьоване повітря та видаються корисні копалини. Такими виходами зазвичай є вертикальні або похилі стовбури, а іноді й штольні,  які розтинають родовище та з’єднані між собою в надрах. Глибина вертикальних стовбурів сягає 1200 м та більше.

Коли стовбур досягає наміченої глибини, то від нього проводять комплекс виробок пристовбурного двору, необхідних для обміну навантажених вагонів на порожні, навантаження ємностей, які підіймаються, обслуговування підземного господарства та сполучення стовбурів з головними вентиляційними виробками (квершлагами, штреками). У  пристовбурному дворі будують основні камери, в яких розміщуються електропідстанція, насосна та інші.

Після розтину родовища та проходження необхідної кількості підготовчих виробок приступають до очисних робіт, безпосередньою метою яких є вилучення корисних копалин з родовищ. Вибої, в яких відбуваються очисні роботи, називають очисними вибоями, а виробки, які утворюються при цьому – очисними виробками.

Підземний організм шахти складний. Він має господарство по забезпеченню виробництва електроенергією, служби, які відають вентиляцією, відкачуванням води; є штреки, ходки, вентиляційні та вантажні штреки, прокладені кілометри конвеєрів, є залізниця, по якій маленькі електровози перевозять вагонетки. Але головне робоче місце в шахті – очисний вибій або лава: тут добувається корисна копалина.

Лава – це підземний коридор, який розрізає по горизонталі вугільний пласт. Його довжина – 200 м, а ширина – близько 3 м, висота менше 1 м (висота лави дорівнює товщі вугільного пласта).

Оскільки вугільний пласт залягає під кутом у кілька градусів, розрізняють верх лави і низ. Перпендикулярно до кінців лави проведені два ходка – верхній штрек та нижній штрек. Вздовж усього двохсотметрового коридору, біля самого вугільного пласта змонтований струговий прилад. За його допомогою вугілля руйнується та потрапляє на скребковий конвеєр, який виносить паливо у нижній штрек, звідти по стрічковому конвеєру вугілля рухається далі – до вагонеток. Струговий прилад, вибираючи вугілля, весь час рухається вперед. За ним шахтарі пересувають і кріплення. Вже непотрібна задня частина вибою, яка звільнилася від даху, від гірського тиску обвалюється. Таким чином лава, весь час рухаючись, постійно зберігає свої параметри.

Для створення безпечних умов досконалої роботи в очисних вибоях створено багато конструкцій механізованих комплексів для добування вугілля та інших корисних копалин. Підготовчі та виробки розтину відчувають також тиск гірських порід. Для забезпечення стійкості гірських виробок, тобто збереження форми поперечного перерізу та заданих розмірів, існує рудникове кріплення різних конструкцій та з різними параметрами.

Добуті в шахті корисні копалини доставляються з очисного вибою на земну поверхню до залізничних бункерів на збагачувальну фабрику. У шахті також здійснюється транспортування порожньої породи, яка утворюється при проходженні та ремонті гірських виробок, від вибою до поверхні, а також перевезення людей та матеріалів до місця робіт. Корисні копалини і порода доставляються у при стовбуровий двір (комплекс виробок біля стовбуру шахти), де переробляються, а потім по стовбуру шахти підіймаються на земну поверхню. Підняття по стовбуру здійснюється або у вагонетках, або у великих металевих ємностях-скіпах, вантажопідйомність яких до 50 т.

На поверхні шахти є комплекс будівель і споруд для переробки вантажів, обслуговування людей та забезпечення всіх виробничих процесів у шахті.

У підземних виробках накопичується вода, яка по водозбірних канавках у підошві кожної виробки стікає у спеціальні водозбірники в районі пристовбурного двору, а потім викачується на поверхню землі насосами, встановленими в насосній камері. Для вилучення води на поверхню з шахт або рудників з глибини 1000 м і більше у стовбурі будують проміжну насосну камеру.

Для нормальної та безпечної роботи під землею всі підземні виробки повинні бути забезпечені свіжим повітрям, що досягається вентиляцією. При цьому повинно бути забезпечено підтримання у гірничих виробках нормальної температури, вологості та видаленням продуктів вибухових робіт, пилу і газів.

При підземному способі розробки основні виробничі процеси відбуваються у підземних гірничих виробках. Підприємства по добуванню вугілля називають шахтами, по добуванню руди – рудниками.

Коли корисні копалини виходять на поверхню або залягають під невеликим (до 80 – 120 м) шаром порожніх порід, то вони розробляються відкритим способом. Відкритий спосіб розробки використовують при добуванні вугілля, руд чорних та кольорових металів, гірничотехнічної сировини та будівельних матеріалів. Порівняно з підземними він забезпечує більш повне вилучення корисних копалин, більш високу продуктивність праці, зазвичай нижчу собівартість добування корисних копалин, більші масштаби добування, безпечні умови роботи та сприятливі умови для залучення високопродуктивних та великих машин. Однак при відкритому способі доводиться виймати з надр землі порожніх порід у кілька разів більше, ніж корисних копалин. Окрім того, провітрювання в карєрах здійснюється важче і завдається велика шкода навколишньому середовищу.

Основними етапами відкритої розробки родовищ є підготовка поверхні, осушення, розтин та експлуатація родовища, відновлення порушених гірничими роботами земель (рекультивація).

Здійснення розкривних та добувних робіт на карєрах включає процеси відбивання, навантаження, транспортування та розвантажування порожніх порід і корисних копалин.

Відбивання полягає і відділенні породи або корисних копалин від целіка з одночасним розшаруванням їх, достатнім для навантаження з метою транспортування. Відділення від целіка та розшарування міцних порід здійснюється за допомогою буро вибухових робіт, навантаження – за допомогою екскаваторів.

Вийнята порожня порода переміщується у відвали, які можуть розташовуватися в межах (внутрішні відвали) або за межами (зовнішні відвали) розроблюваної ділянки. Добуті корисні копалини транспортуються за межі карєру на склади, або а приймальні бункери заводів, фабрик чи електростанцій, або на залізничні станції для відправлення споживачам.

Кінцевим процесом гірничого виробництва є збагачення корисних копалин, яке складається з первинної обробки сировини шляхом механічного розділення на компоненти з виділенням концентратів. Цим досягається приведення добутої сировини у стан, який забезпечує можливість безпосереднього використання (будівельні матеріали, коштовне каміння, вугілля) або подальшої технологічної переробки (різні руди). Збагачення корисних копалин відбувається на спеціальних фабриках. Іноді збагачування пов’язане з добуванням сировини (первинне збагачування вибої за рахунок сортування копалини та вилучення з неї порожніх включень і порід, рудо розробка, збагачення на драгах та при гідравлічній розробці).


3. Технології підземного та відкритого видобування вугілля

Вугілля в енергоресурсах України становить близько 35 %. Вугільна промисловість за обсягом видобутку палива в натуральному вираженні посідає перше місце серед інших галузей. Основним районом видобутку камяного вугілля є Донецький басейн. Україна має 295 кам’яновугільних шахт.

Кам’яне вугілля видобувають також у Львівсько-Волинському камяновугільному басейні. Запаси вугілля тут невеликі, працюють 15 шахт.

Викопне вугілля буває: буре, камяне і антрацит. Буре вугілля може бути у вигляді порошку або складатися зі шматків світло-бурого або чорного кольорів. Свіже видобуте буре вугілля має порівняно велику вологість (до       50 %) і є низькосортним паливом. Буре вугілля при зберіганні може вивітрюватись, а при температурі до 80 – 90 °С може самозапалюватись. Теплотворна здатність – 16 – 21 МДж/кг.

Буре вугілля використовують для спалювання в печах ТЕС, промислових установок і при отриманні генераторного газу.

Камяне вугілля відносять до висококалорійного палива. Воно має щільну будову і меншу вологість порівняно з бурим вугіллям.

Антрацит – порівняно з кам’яним вугіллям має щільнішу будову і є найдавнішим з усіх видів викопного вугілля. Антрацит містить у собі занадто мало летючих речовин. При згоранні майже не дає полумя і диму. Він має відносно невелику зольність.

Антрацит використовують в основному як енергетичне паливо, він має теплотворну здатність до 32 МДж/кг. Антрацит не самозапалюється при зберіганні, що дає змогу накопичувати його в штабелях будь-я МДж/кг.кої висоти.

Товщина пласта залягання вугілля називається потужністю пласта і визначається в метрах. За потужністю пласти поділяються на дуже тонкі – потужністю до 0,5 м, тонкі – від 0,5 до 1,3 м, середньої потужності – від 1,3 до 3,5 м, потужні – від 3,5 м і вище.

Залежно від місця добування вугілля розробки можуть бути відкриті – коли роботи проводять під відкритим небом, і підземні – коли роботи проводять у глибині землі. Підприємства, які організовані для добування викопного вугілля з землі і обладнані належними технічними та господарськими спорудами, машинами і механізмами, називаються вугільними шахтами. Вугільна шахта складається з підземного і надземного господарства.

Підземне господарство шахти включає різноманітні капітальні, підготовчі і експлуатаційні гірничі виробки (білястовбурний двір, штреки, стовбури та ін.), виробниче і підйомно-транспортне обладнання

На поверхні землі навколо шахти розміщують технічні споруди і будинки. У наземне шахтне господарство входять надшахтні будівлі, залізничні вантажні бункери, будівлі з підйомними машинами, електрична підстанція, насосна, котельна, різні склади, транспортне обладнання, службові і побутові будинки та ін. для очищення вугілля від домішок пустої породи при шахті будують збагачувальні фабрики.

Для виконання гірничих робіт – зарубування, відбивання, навалювання і вантаження видобутого вугілля та пустої породи застосовують відбійні молотки, врубові машини, комбіновані машини, навантажувачі, рейковий і безрейковий транспорт.

Пневматичний відбійний молоток застосовують для відбивання вугілля при розробці круто спадаючих пластів. Врубову машину застосовують для розробки вугільних пластів у довгих очисних і підготовлених вибоях.

Продуктивність врубової машини 8 – 10 тис. м2 підрубленої площі пласта за місяць. Врубові машини і відбійні молотки виконують тільки одну операцію – зарубування або відбивання.

Комбіновані машини одночасно виконують усі основні операції по добуванню і навантаженню вугілля та гірничих порід. Комбіновані машини, що виймають і навантажують викопне вугілля в очисному вибої, називають вугільними комбайнами.

Для видалення вугілля застосовують конвеєри безперервної і перервної дії. Транспортують вугілля і породу від місця вибою, а трипільний матеріал – в вибій. Кріпильний матеріал застосовують для того, щоб запобігти обвалам та обрушенням покрівлі. Його виготовляють з деревяних і металевих стояків.

Для безперебійної роботи в шахті є також різні допоміжні системи: водовідвід, вентиляція, освітлення.

Система водовідводу забезпечує відгородження гірничих виробок від проникнення в них поверхневих або підземних вод; відкачування води на поверхню землі за допомогою насосів.

Вентиляція шахти може бути природною і штучною. Найширше застосовують штучну вентиляцію за допомогою вентиляторів, які встановлюють біля одного із стовбурів шахти.

Для освітлення підземних виробок застосовують переносні акумуляторні лампи.

Продуктивність шахти визначають кількістю вугілля, видобутого за одиницю часу (добу, рік). Шахти бувають продуктивністю 1000, 1500, 2000, 3000, 4000 т за добу і більше.

При гідравлічному способі видобування, переміщення і складання вугілля використовується енергія потоку води.  Для добування вугілля гідравлічним способом у вибої встановлюють потужний гідромонітор, який струменем води, що виливається з нього під великим тиском, підрізає вугільний пласт, а потім відбиває його. Відбите вугілля змивається струменем води в спеціальні жолоби і водою транспортується до дробарки, звідки потужним вуглесосом по трубах вугілля підіймають на поверхню. На поверхні вугілля відстоюється, сортується і відправляється споживачам.

Технологія відкритого видобування вугілля полягає в його вийманні, навантаженні, транспортуванні і розвантаженні.

Відкритий спосіб видобування вугілля полягає в розкриванні вугільних пластів і розробки їх безпосередньо з поверхні землі. Вилучають породу, що покриває вугільні пласти, потужними землерийними і транспортуючими машинами (екскаваторами, транспортовідвальними мостами, які переміщуються по рейковій колії).

Відкритим (кар’єрним) способом видобувають буре вугілля тоді, коли воно залягає неглибоко під поверхнею землі.

При кар’єрному видобуванні у земній корі утворюються порожнини, які називають виробками. Великі кар’єри мають глибину 200 – 300 м.

Для видобування використовують потужні екскаватори. Які своїми ковшами виймають вугілля та навантажують його в залізничні вагони, автомобілі-самоскиди, на стрічкові та інші транспортні засоби.

Відкритий спосіб видобування вугілля має, порівняно з підземним, вищу продуктивність, нижчу собівартість та вищу прибутковість. Він дає також можливість майже повністю вилучити вугілля з родовища, що практично неможливо зробити при підземному видобуванні.

Серйозними недоліками відкритого видобування вугілля є вилучення із сільськогосподарського виробництва земель, знищення на цих землях родючого шару ґрунту, зниження рівня ґрунтових вод у навколишніх територіях та ін.

Буре вугілля доцільно спалювати на теплових електростанціях поблизу видобування.

Добуте вугілля перед відвантаженням споживачам при потребі проходить підготовчі процеси дрібнення, сортування (за величиною часток), збагачення, брикетування.

При збагаченні у вугіллі збільшується вміст горючої речовини шляхом зменшення порожньої породи. Залежно від складу добутого вугілля, при збагаченні воно може промиватися водою, може використовуватися гравітаційне збагачення, магнітна сепарація та інші методи, необхідні для доведення характеристик вугілля до вимог діючих стандартів. Усі ці процеси, як правило, проводяться на збагачувальних фабриках.

При брикетуванні пилоподібне та дрібнозернисте вугілля пресується в кускове (брикетоване). Вугілля брикетується із застосуванням з’єднувачів: вугільного пеку або нафтового бітуму.

Видобуте в Україні вугілля використовується так (орієнтовано): 35 % - для отримання електроенергії на ТЕС, 20 % - переробляється на кокс (для металургії), 15 % - на побутові потреби, 30 % - на інші потреби (переробні галузі промисловості, виробництво будівельних матеріалів, сільське господарство).

Нові технології. Синтетичні палива з вугілля можуть відкрити нову сторінку в історії його використання і замінити паливо з природної нафти і газу у двигунах.

Існує два способи отримання газоподібного палива з вугілля. Один з них пов’язаний з реакцією вугілля з водяною парою при високому тиску та температурі в реакторі. При цьому способі додаткова енергія надходить через часткове окислення вугілля. Продукт, отриманий у цьому процесі, називається низькокалорійним газом, його теплота горіння – 4 – 9 МДж/м3. Цей газ може бути використаний на місці.

4. Технології видобування нафти

 Видобування нафти. З нафти добувають пальне для двигунів внутрішнього згорання (авіаційних, автомобільних, тракторних), мастила для змащування механізмів та деталей машин, сировину для хімічної промисловості, паливо для котельних установок та ін.

Нафта – це рідина, що має колір від світло-жовтого з зеленуватим відтінком до червоно-коричневого і навіть чорний. Вона складається з суміші вуглеводнів з різними домішками органічних сполук, які містять у собі кисень, сірку, азот і велику кількість мінеральних речовин. Теплотворність нафти – 41 – 46 МДж/кг, що в півтора раза перевищує калорійність кам’яного вугілля.

Перші відомості про нафту прийшли з Близького Сходу. В долині річок Тигр та Єфрат нафту добували 6 – 8 тисячоліть тому. Давні  шумери використовували бітум як з’єднувальний розчин при кладці будівель і як клей. Бітумом покривали дно басейнів. Застосовували бітум для запобігання гниттю дерев’яних балок, дверних та віконних блоків тощо.

Асфальтовими ущільнювали днища човнів. У Давньому Єгипті асфальт застосовували для бальзамування мумій.

Давні люди застосовували нафту в медицині як засіб для загоювання ран і виразок, для лікування хвороб очей. У Вавилоні нафтою освітлювали вулиці.

Відомі давні природні джерела нафти в Італії та Німеччині. У Китаї буріння було відоме ще до нашої ери. В Україні, в Прикарпатті, добування нафти почалося в XVIII ст.

Промислове видобування нафти розпочалося завдяки її застосуванню для освітлення в гасовій лампі. Перший нафтопереробний завод був збудований в 1745 році на річці Ухті на півночі Росіцї промисловцем Ф. С. Прядуновим. У 1848 році з’явилась перша промислова свердловина у Баку. Збільшенню видобутку нафти великою мірою сприяв винахід двигуна внутрішнього згорання. Нафта знаходить використання як універсальне паливо.

Новим поштовхом для збільшення видобутку нафти у 30 – 50 роках ХХ ст. стало застосування її для отримання полімерних матеріалів.

Україна має відносно невеликі з-апаси нафти і газу, які не можуть задовольнити її потреб. Відомі три нафтогазові провінції: Дніпропетровсько-Донецька впадина, Карпатська і Кримсько-Причорноморська. Перша, відкрита ще у 1937 році (Ромни), включає близько 50 нафтогазових родовищ, які дають близько 80 % видобутку нафти і газу. Карпатська провінція охоплює Закарпаття, Українські Карпати, Прикарпаття з частиною Волині. Останньою була відкрита Кримсько-Причорноморська провінція з шельфом Чорного та Азовського морів. Сьогодні це найбільш перспективна територія. Світовий видобуток нафти і газу та його споживання показано в табл.. 8.2.

Таблиця 8.2 – Світовий видобуток нафти і газу

Роки

Видобуток нафти,

млрд.. т

Видобуток газу,

трлн. м3

1960

1970

1980

1986

1989

2000

1,0

2,3

3,0

2,9

3,0

4,1

0,5

1,1

1,8

2,1

2,3

3,0

На сьогодні людство видобуло близько 110 млрд. Т нафти і при нинішніх темпах видобування щорічно споживається близько 2,5 % доведених запасів нафти.

Нафтова свердловина являє собою колодязь круглого перерізу, пробурений в землі на глибину залягання нафти. Сучасні нафтові свердловини іноді досягають глибини 4000 – 6000 м. Процес буріння свердловини складається з операцій: руйнування гірських порід у свердловині і видалення продуктів руйнування на поверхню за допомогою спеціального розчину, який подається в свердловину під тиском.

Видобувають нафту з надр землі фонтанним способом або за допомогою механізмів (насосів та компресорів).

Фонтанна експлуатація свердловини – це видобування нафти з нафтового пласта за допомогою газів, розчинених у нафті, які перебувають під тиском від кількох десятків до кількох сотень атмосфер і здатні виштовхувати нафту по свердловині на поверхню землі.

Для відведення нафти в такій свердловині під її устям установлюють арматуру, через яку нафта надходить у систему закритих трубопроводів і по них відводиться в ємності. Фонтанна експлуатація свердловини є найефективнішою і найпродуктивнішою.

При насосному способі експлуатації на визначену глибину спускають насоси, які приводяться в дію за рахунок енергії, що передається різними способами.

5. Видобування природного газу

Газова промисловість – наймолодша галузь промисловості України. Використання газу в 2 рази дешевше порівняно з нафтою.

Газова промисловість як галузь сформувалась у післявоєнні роки на базі розвіданих у країні родовищ природного газу.

 Основним напрямом ефективного використання природного газу, крім комунально-побутового сектора і широкого переведення на нього автотранспорту, є нафтохімічний, де як продукт одержують синтетичні матеріали. З однієї тонни рідких вуглеводнів можна одержати 600 – 700 кг нафтохімічної сировини, вартість якої в багато разів перевищує ефект використання його як палива. На комунально-побутові послуги витрачається близько 17 млрд. м3 газу, а на виробництво електроенергії – майже 34 млрд. м3 газу на рік.

Родовища горючих газів поділяють на власне газові, в яких скупчення газів не пов’язане з іншими корисними копалинами, газонафтові, де газоподібні вуглеводні розчинені в нафті або знаходяться над нафтовим покладом у вигляді так званої газової шапки, газоконденсатні, в яких газ збагачений рідкими вуглеводнями. Добування горючих газів включає їх видобування з землі, збір, підготовку до транспортування споживачу.

Газ, як і нафту видобувають із землі через мережу свердловин. Оскільки він знаходиться в земних надрах під високим тиском, для його добування застосовують, як правило, фонтанний спосіб. Щоб газ почав надходити на поверхню, досить відкрити свердловину, пробурену в газоносному пласті. При вільному витіканні газу нераціонально витрачається енергія пласта, можливе руйнування свердловини. Тому на головці свердловини встановлюють штуцер (місцеве звуження труби), обмежуючи надходження газу. Розробка газового покладу триває 15 – 20 років, за цей час видобувається 80 – 90 % запасів.

Газ, що надійшов із свердловини, безпосередньо на промислі підготовляють до транспортування. З нього видаляють механічні домішки, водяні пари, важкі вуглеводні, в разі необхідності очищають від сірковмісних сполук.

Склад природного газу: суміш легких вуглеводнів (C4H10, C3H8, CH4), азот, вуглекислий газ, сірководень, інертні гази. Він накопичується в пористих земних породах на глибині від 0.5 до 1,5 км і більше.

Горючі гази використовують як паливо для опалювання печей, промислових парок отельних, побутових приладів, також як сировину для хімічної промисловості.

Природний газ є найбільш економічним видом палива. Собівартість добування 1 т природного газу (в перерахунку на умовне паливо) в кілька разів нижче за собівартість вугілля і нафти. Капіталовкладення на 1 т природного газу значно нижче, ніж на 1 т вугілля та інших видів палива. Газ зручний також для транспортування.

Горючі гази – це паливо, видобуте з надр землі (природні гази) чи добуте способом газифікації твердого палива (штучні гази) або ж як побіжний продукт при різних виробництвах (газодоменних, коксових та інших печей).

Природні гази, що виділяються при розробці нафтових покладів, мають теплотворну здатність 29 – 38 МДж/кг.

Для транспортування газу на значні відстані будують магістральні газопроводи, довжина яких досягає іноді 1500 км і більше. На газопроводі встановлюють кілька станцій для перекачування, де газ стискають у компресорах до 20 – 50 МПа. У центрах споживання газ надходить у газову сітку. Газова сітка складається з розподільника газопроводів, призначених для розведення газу по місцях споживання, регулювального обладнання, яке забезпечує постійний тиск газу в трубопроводі, газосховищ, або газгольдерів, що вирівнюють добові коливання споживання газу.

Залежно від тиску, під яким газ переміщається в трубопроводі, вирізняють трубопроводи високого (понад 1 МПа), середнього (до 1 МПа), низького (до 20·103 Па) тиску. Для постачання газом жител, віддалених від міських газових сіток, а також деяких типів автомобілів, застосовують балони із зрідженим або стиснутим під великим тиском газом.

Нафтові гази поділяють на жирні, збагачені пропаном і бутаном, і звичайні. Останні мають значну кількість легкої пари вуглецю, що входить до складу бензину, але бувають і сухі, які мають переважно метан. У нафтовій промисловості також добувають велику кількість газів, які створюються при крекінгу, піролізі та інших процесах переробки нафти. Ці гази завдяки високому вмісту в них вуглеводнів використовують головним чином для хімічної переробки. Їх виділяють із нафти при сепарації – з 1 т нафти отримують від одної до кількох  тисяч м3 нафтових газів.

Штучні гази, добуті внаслідок газифікації палива, менш калорійні, а тому транспортувати їх на великі відстані недоцільно. Ці гази подають на відстань не більш як 300 км.

Газогенераторна установка – це сукупність агрегатів, за допомогою яких з твердого палива добувають горючі гази, що є сировиною для ряду хімічних виробництв або паливом для установок, в яких безпосередньо застосувати тверде паливо неможливо (мартенівські печі, двигуни внутрішнього згорання).

Основними споживачами газу в Україні є промисловість (біля 47 %), електроенергетика (біля 29 %), побутові потреби (18 %).

Основний імпортер газу в Україну – Росія.

6. Видобування торфу

Торф’яна промисловість України є однією з найдавніших галузей паливної промисловості. Основні родовища торфу зосереджені в Сумській, Чернігівській, Житомирській, Рівненській та Львівській областях видобуток його невеликий. У вигляді брикетів і шматків торф використовується як паливо. У сільському господарстві його застосовують для виготовлення органічних добрив, торфоізоляційних плит. Торф може бути сировиною для виробництва парафіну, масел, фенолів, креоліну та ін.

У північній частині України розташовано понад 2500 родовищ торфу. Його загальні запаси перевищують 2,2 млрд. т.  Найбільш значні поклади торфу мають Волинська (0,48 млрд. т), Рівненська (щ,36), Чернігівська (0,28), Київська (0,27) та Львівська (0,22) області. Є торф у Тернопільській, Сумській та Полтавській областях. Серед найбільших родовищ – Ірдинське (розробляється), Бучанське, Занглайське (розробляється), Наданчагівське, Шостківське, Брюховицьке.

Торф належить до викопного палива і є продуктом розкладу відмерлих рештків рослин в умовах підвищеної вологості. Вік торфу може бути від кількох сотень до кількох тисяч років. Торф залягає на глибині 1 – 2,5 м і в окремих випадках – 9 – 10 м. Торф буває луговий, моховий і боровий.

Теплотворна здатність торфу – 22 – 24 МДж/кг. Нижча теплотворна здатність для різних видів торфу може бути в межах 11 – 19 МДж/кг, торф’яний кокс має теплотворну здатність 29 – 31,5 МДж/кг.

Тепер торф добувають механізовано, фрезерним або гідравлічним способом. Фрезерний найпростіший і найдешевший спосіб видобування торфу у вигляді дріб’язку.

Добування торфу фрезерним способом зводиться до фрезерування торф’яної маси на глибину 10 – 12 мм на заздалегідь висушеному торф’яному полі, сушіння торф’яного дріб’язку в польових умовах полягає у ворушінні шару дріб’язку на торф’яних покладах (2 – 3 рази на день) спеціальними ворушилками. Складають висушений торф’яний дріб’язок спочатку у валки спеціальними волокувачами, а потім у штабелі спеціальними машинами.

Цикл робіт, пов’язаний з фрезеруванням, ворушінням і підбиранням висушеного торфу триває близько двох днів. Протягом літнього сезону виконують 20 – 28 циклів.

Кусковий торф добувають гідравлічним і машино формувальним способами.

Гідравлічний спосіб торфодобування полягає в тому, що торф’яний масив перетворюється напором водяного струменя у в’язку торф’яну масу, яку потім насосами відкачують по трубопроводах на суходіл, де її сушать.

Торф’яну в’язку масу торфосос відкачує і подає по трубопроводах у резервуар. З резервуара спеціальними насосами торф’яна маса  нагнітається по магістральних трубопроводах і виноситься на суходіл для розливання і сушіння. Залита на полі торф’яна маса протягом кількох днів сохне і утворює торф’яний покрив завтовшки 90 – 110 мм з вологістю 84 – 90 %.

Формують загуслу торф’яну масу спеціальними формувальними гусеницями. Встановленими на тракторі. Трактор, проїджаючи по торф’яній масі, штампує торф’яні брикети визначених розмірів і форми. Потім укладають торф’яні брикети в штабелі і прибирають з поля. Строки перебування торфу в сушці – 60 – 65 діб.

Гідроелеваторний спосіб добування торфу аналогічний гідравлічному. Торф’яну масу за цим способом вичерпують елеватором і транспортують по трубам на поле розливання. Сушать і прибирають торф аналогічно з розглянутим вище способом.

7. Технологіі виробництва коксопродуктів

Кокс (нім. koks) – твердий залишок, що отримується при коксуванні природного палива. Має в своєму складі 90 – 98 % вуглецю. Кам’яновугільний кокс є паливом та відновлювачем залізної руди при виробництві чавуну.

При коксуванні кам’яного вугілля добувають кокс для доменних печей, горючий газ з високою теплоздатністю і різні цінні хімічні продукти (аміак, толуол, нафталін). Коксують до 20 % усього видобутого вугілля.

Коксується вугілля в коксохімічних печах, які опалюються газом або нагріваються електричним струмом. Подрібнене кам’яне вугілля завантажують у спеціальні камери – коксові печі, які герметично закриваються, і нагріваються до температури вище 1000 °С. При нагріванні вугільної шахти до 300 °С вона підсушується і виділяє гази СО2 і H2S. При температурі 300 – 500 °С вугілля інтенсивно розкладається і переходить у пластичний стан, що супроводжується виділенням первинних газів, первинного дьогтю і утворенням напівкоксу. При температурі 500 – 1100 °С маломіцний напівкокс втрачає більшу частину легких речовин і переходить у твердий кокс, а первинні гази і дьоготь утворюють високотемпературний дьоготь і коксовий газ. Після закінчення коксування коксову масу видаляють коксовиштовхувачем з камери в гасильний вагон, який просувається вздовж коксової батареї, і відвозять у гасильну башту, де кокс охолоджують водою. Потім кокс вивантажують на рампу, сортують і навантажують у вагони або транспортують до бункерів доменних печей. Процес коксування триває 14 – 17 годин.

Коксова піч – це камера з вогнетривкої цегли висотою близько 4 м, довжиною до 14 м, шириною 0,4 м, що вміщує понад 15 т вугілля. Коксохімічний завод, який складається з кількох батарей, виробляє за добу до 7000 т коксу, що дає змогу забезпечити роботу чотирьох доменних печей.


Тема 9. Виробництво електроенергії

  1.  Загальна характеристика виробництва електроенергії. Види електростанцій
  2.  Теплові електростанції (ТЕМ)
  3.  Гідроелектростанції (ГЕС) та гідроакумулюючі електростанції (ГАЕС)
  4.  Атомні електростанції (АЕС)
  5.  Нетрадиційні способи виробництва електроенергії.

  1.  Загальна характеристика виробництва електроенергії.

Види електростанцій

Енергетика як галузь господарства охоплює різноманітні енергетичні ресурси, виробництво, перетворення, передачу і використання різних видів енергії.

Електроенергетика є провідною галуззю енергетики, яка забезпечує електроенергією всі галузі народного господарства та всіх інших споживачів.

Електроенергія виробляється електричними станціями. Електрична станція – це сукупність обладнання та апаратури, які використовуються безпосередньо для виробництва електричної енергії, а також необхідні для цього споруди та будівлі.

Електростанції за використанням джерела енергії поділяються на чотири види:

  •  Теплові електростанції (ТЕС), що працюють на твердому, рідкому і газоподібному паливі;
  •  Гідравлічні (ГЕС), що використовують гідроресурси;
  •  Атомні (АЕС), які використовують як паливо збагачений уран або інші радіоактивні елементи;
  •  Електростанції, які використовують нетрадиційні джерела енергії (вітрові, сонячні, геотермальні, припливні та відпливні тощо).

Найпоширенішими в Україні є теплові електростанції. Вони виробляють майже 2/3 всієї електричної енергії. Перевагою ТЕС є відносно вільне розміщення, вдвічі дешевша вартість їх будівництва порівняно з гідравлічними електростанціями.

Найбільшими ТЕС в Україні є Вуглегірська, Старобешівська, Курахівська, Слов’янська (Донецька обл.), Криворізька-2, Придніпровська (Дніпропетровська обл..), Бурштинська (Івано-Франківська обл..), Запорізька, Ладижинська (Винницька обл.), Трипільська (Київська обл..).

Дедалі більшого значення набувають теплоелектроцентралі. Їх будують поблизу споживача, оскільки радіус транспортування тепла невеликий (10 – 12 км). Теплоелектроцентралі обігрівають понад 25 міст України. Найбільші з них – Київська ТЕЦ-5, Дарницька (Київ), Київська ТЕЦ-4, Харківська ТЕЦ-5, Одеська, Краматорська.

Атомні електростанції за характером використовуваного палива не пов’язані з родовищами його видобування, що забезпечує широкий маневр їх розміщення. В Україні працюють АЕС – Запорізька, Південно-Українська, Рівненська, Хмельницька. Припинено будівництво Кримської, Чигиринської, Харкіської АЕС та Одеської атомної ТЕЦ, а також експлуатацію Чернобильської АЕС.

Гідроелектростанції є одним з найефективніших джерел електроенергії. Переваги ГЕС полягають у тому, що вони виробляють дешеву електроенергію. Однак розміщення їх повністю залежить від природних умов. Будівництво ГЕС  на рівнинних річках України потребує затоплення великих територій, що використовуються під водосховища. Поки що гідроенергетика посідає незначне місце в енергетиці України – 4 % виробництва електроенергії.

Основні гідроелектростанції розташовані на Дніпрі. Це Дніпрогес, Кременчуцька, каховська, Дніпродзержинська, канівська і Київська. На Дністрі збудована Дністровська ГЕС – ГАЕС, у Закарпатській області – Требле-Ріцька ГЕС. Крім них, на малих річках діють близько сотні електростанцій невеликої потужності. Збудовано каскади ГЕС на річках Рось (Корсунь-Шевченківська, Стеблівська) і Південний Буг.

Специфічну роль відіграють гідроакумулюючі електростанції (ГАЕС): Київська, Дністровська і Запорізька (Дніпрогес-2). За їх допомогою можна успішно розв’язувати проблему забезпечення споживачів електроенергією в пікові години.

  1.  Теплові електростанції (ТЕМ)

Залежно від характеру споживання електроенергії станції бувають районного і місцевого значення.

Районні електростанції забезпечують електроенергією великі райони, обласні міста і мають великі потужності (десятки і сотні тисяч кіловат). Ці станції розподіляють енергію високої напруги і, як правило, подають її в загальну електричну мережу, створюючи енергетичну систему району. Районні електростанції звичайно будують поблизу залягання місцевих видів палива або в місцях з наявними гідроресурсами.

Електростанції місцевого значення постачають енергією найближчі райони, не охоплені електросистемою, і мають відносно невелику потужність. Напруга в мережі постачання – до 10 кв.

Електростанції характеризуються встановленою потужністю, що дорівнює сумарній потужності всіх установлених на електростанції електрогенераторів в МВт.

Теплові електростанції перетворюють хімічну енергію палива (вугілля, нафти, газу) послідовно в теплову, механічну і електричну енергію. За енергетичним устаткуванням ТЕС поділяють на паротурбінні, газотурбінні та дизельні електростанції.

Паротурбінні електростанції (ПТЕС) – основне енергетичне устаткування: котлоагрегати та парогенератори, парові турбіни, турбогенератори. Паротурбінні електростанції поділяють на теплоелектроцентралі (ТЕЦ) та конденсаційні електростанції (КЕС).

Теплоелектроцентралі (ТЕЦ) відпускають споживачам електроенергію та теплову енергію з парою або гарячою водою. На конденсаційних електростанціях (КЕС) тепло, яке отримали при спалюванні палива, передається у парогенератори водяної пари, котра потрапляє у конденсаційну турбіну. Внутрішня енергія пари перетворюється в турбіні у механічну енергію, а потім електричним генератором в електричний струм. Відпрацьована пара відводиться у конденсатор, звідки конденсат пари перекачується насосами знов у парогенератор.

Газотурбінні електростанції (ГТЕС) використовуються як резервні джерела енергії (25 110 МВт) для покривання навантаження в години «пік» або у разі виникнення в енергосистемах аварійної ситуації.

Дизельна електростанція (ДЕС) – енергетична установка, обладнана одним або кількома електричними генераторами з приводом від дизеля. Великі ДЕС мають потужність до 5000 кВт і більше.

Стаціонарні дизельні електростанції та енергопотяги устатковуються декількома дизель-агрегатами та мають потужність до 10 МВт. Пересувні дизельні електростанції розташовуються зазвичай в кузові автомобіля або на окремих шасі, або на залізничній платформі та вагоні. Дизельні електростанції використовують у сільському господарстві, в лісовій промисловості, у пошукових партіях як основне, резервне або аварійне джерело електропостачання силових та освітлювальних мереж. На транспорті дизельні електростанції застосовуються як основне енергетичне обладнання (дизель-електровози, дизель-електроходи).

До складу ТЕС входять: паливне господарство та система підготовки палива до спалювання; котельне обладнання – сукупність котла та допоміжного обладнання; установки водо підготовки та конденсатоочистки; система технічного водопостачання; система золо шлаковидалення; електротехнічне  господарство; система управління енергообладнанням.

У котлі вода нагрівається до температури насичення, випаровується, а утворена з киплячої (котлової) води насичена пара перегрівається, і з котла перегріта пара (~ 540 °С) іде по трубопроводах у турбіну, де її теплова енергія перетворюється на механічну (тиск 3,5 – 6,5 кПа), що передається валу турбіни. Відпрацьована в турбіні пара потрапляє до конденсатора, віддає тепло охолоджувальній воді і конденсується.

Основи роботи ТЕС: на паротурбінних електростанціях ротори електричних генераторів приводяться в обертання паровими турбінами, в яких теплова енергія пари перетворюється на кінетичну, що передається роторові турбіни. Таким чином, водяна пара є робочим тілом паротурбінної електростанції. Пара необхідних параметрів утворюється у котлі за рахунок тепла, що виділяється при спалюванні органічного палива.

Суттєвим є те, що теплові електростанції негативно впливають на навколишнє середовище. ТЕС, що використовують тверде паливо, викидають у атмосферу частину золи, яка не уловлюється, та недогорілі частки палива, сірчистий та сірчаний ангідриди, окис азоту та окис вуглецю; при використанні органічного палива – природного газу – в атмосферу потрапляють токсичні окиси азоту та окис вуглецю, бензопірен.

Розрахунки показують, що велика ТЕС потужністю 3000 МВт спалює за добу 25920 т вугілля, поглинає з атмосфери 60650 т кисню (на 1 м2 поверхні Землі кисню в атмосфері лише 2,3 т), викидає в атмосферу шкідливих газів: діоксину вуглецю СО2 – 8160 т, діоксину сірки SO2 – 1290 т, діоксину азоту NO2 – 850 т, створює 1348 т шлаку та золи, під відвали яких щороку необхідно відводити земельну площу до 3 га.

  1.  Гідроелектростанції (ГЕС) та гідроакумулюючі електростанції (ГАЕС)

Гідроелектростанції – це комплекс силових установок і споруд, призначений для перетворення механічної енергії води в електричну.

Гідроелектростанції мають значні переваги перед тепловими. Вони зовсім не потребують палива, мають просте обладнання, прості в обслуговуванні, дешеві в експлуатації і забезпечують високу маневреність та надійність електропостачання, а також допускають повну автоматизацію роботи.

Незважаючи на великі кошти, які вкладаються в будівництво гідроелектростанцій, собівартість електроенергії є нижчою за собівартість електроенергії теплоелектростанцій. Проте питома вага капіталовкладень на будівництво великих гідроелектростанцій у 2 – 3 рази вища, ніж при спорудженні потужних теплових електростанцій.

У гідроелектростанціях потоки води підводяться до водяних турбін, де енергія руху води перетворюється в механічну енергію обертання роторів турбін. Турбіни обертають ротори генераторів, які перетворюють механічну енергію в електричну.

За висотою напору води (Н), що створюється висотою греблі, гідроелектростанції поділяють на низьконапірні (Н до 30 м), середньо напірні (Н до 50 м) і високо напірні (Н більше 50 м).

Потужність гідроелектростанцій прямо пропорційна висоті напору води, який залежить від висоти греблі, і кількості води, що проходить за одиницю часу через турбіни гідроелектроагрегатів.

За складом і компоновкою споруд гідроелектростанції поділяються на річні, при гребельні і дериваційні.

Деривація (на лат. derivatio – відведення) в гідротехніці – сукупність споруд (трубопроводів, каналів, тунелів) для підведення води до стаціонарних гідро електроагрегатів або відведення води від них. За допомогою деривації створюється основний напір води на дериваційних ГЕС.

Річні гідроелектростанції працюють від струменя води, створеного за рахунок спорудження греблі поперек річки. На таких гідроелектростанціях машинне відділення встановлюють на продовженні греблі, гідротурбіни працюють при низькому напорі води.

Пригребельні гідроелектростанції працюють від середнього або високого напору води. Воду в таких станціях подають за допомогою напорних трубопроводів і споруд для спуску надлишку води.

Дериваційні гідроелектростанції працюють від середнього або високого напору води, створеного за рахунок відведення води з русла річки обхідним водоводом.

Щоб забезпечити максимальне використання водної енергії річки будують каскади гідроелектростанцій, тобто споруджують ряд гідроелектростанцій, розміщених одна за одною. Такі каскади (рис. 9.1) побудовані на багатьох річках, зокрема на Дніпрі.

За умовами роботи і рівнем автоматизації ГЕС поділяють на три основні групи:

  1.  Напівавтоматичні, в яких пуск і зупинка агрегатів проводиться вручну, і автоматизована тільки нормальна робота і захист від аварій;
  2.  Автоматичні, в яких піск і зупинка агрегатів здійснюються автоматично;
  3.  Автоматичні дистанційно-керовані, в яких, крім дистанційного пуску і зупинки, контролюють і керують роботою агрегатів на відстані.

Гідроенергетика займає лише 6 % у світовому енергобалансі.

Гідроенергетичні ресурси України обмежені, тому їх використовують здебільшого для покриття пікових навантажень діючої енергосистеми. З цією метою на річках створюють системи гідроакумулюючих електростанцій (ГАЕС). До найбільших з них належать: Київська ГЕС – ГАЕС; Канівська ГАЕС, каскад ГЕС – ГАЕС на Дністрі, а також Південно-Український енергокомплекс.

Гідроакумулюючі електростанції (ГАЕС)

ГАЕС споживають і накопичують енергію, коли вона є в надлишку, і повертають її в електричну мережу, коли її недостатньо. Таким чином, вони регулюють (вирівнюють) виробництво і споживання електроенергії в часі. ГАЕС мають нижній і верхній водні басейни (водосховища), між якими       (рис. 9.2) встановлено електрогенератори з турбінами-насосами, які можуть працювати як насоси, коли споживають надлишкову електроенергію і качають воду з нижнього водосховища у верхнє – накопичуючи потенціальну енергію води; або працюють як гідротурбіни з електрогенераторами, коли вода перетікає з верхнього в нижнє водосховище в ті періоди часу, коли енергії в об’єднаній електромережі недостатньо (наприклад, у вечірній час, коли споживання електроенергії максимальне – пікове).

В Україні перша ГАЕС була споруджена в 1971 році на правому березі Київського моря, яке відіграє роль нижнього водосховища, а верхнє водосховище споруджене вище. Потужність цієї станції – 225 МВт; напір води верхнього водосховища – 65 м.

  1.  Атомні електростанції (АЕС)

Джерелом отримання електроенергії на АЕС є ланцюгова реакція ділення ядер атомів важких елементів. Ця реакція відбувається в атомних (ядерних) реакторах з виділенням великої кількості тепла.

На АЕС отримане в реакторі тепло перетворюється на електроенергію за допомогою парових турбін і електричних генераторів. В парових турбінах використовують водяний пар як робоче тіло.

Атомна енергетика займає понад 24 % у загально енергетичному балансі України. В Україні видобувається уран, є підприємства, які створюють первинний урановий концентрат, але поки що немає підприємств виготовлення кінцевого продукту як пального для атомних електростанцій.

Зараз в Україні працюють 13 блоків атомних електростанцій. Загальна потужність цих 13 блоків – 11835 МВт.

  1.  Нетрадиційні способи виробництва електроенергії.

Серед нетрадиційних джерел виробництва електроенергії є енергія сонячного світла, вітру, морських течій, хвиль, припливів і відпливів, геотермальна енергія земних надр.

Енергія сонячного світла є перспективним джерелом енергії. Від Сонця на Землю йде світловий потік, енергія якого становить 1,57·1018 кВт год на рік, що еквівалентно 1,3·1014 т умовного палива. Цей потік енергії можна перетворити або на теплову або на електричну енергію. Першу в Україні електростанцію (СЕС) побудовано і 1985 році в Криму. Її потужність 5 МВт. Для одержання водяної пари на цій сонячній електростанції воду нагрівають енергією Сонця. На висоті 78 м встановлено коьел, на який подають сонячну енергію дзеркальні геліостати.

Площа всіх дзеркал дорівнює 40 000 м2. Кожне дзеркало автоматизовано обертається навколо вертикальної та горизонтальної осей. Пара, утворена в котлі після нагрівання води, має температуру і тиск, достатні для руху турбіни, а з нею і ротора електрогенератора, який завершує цикл перетворення сонячної енергії на електричну.

З 1989 р. в США на півдні Каліфорнії успішно працює промислова СЕС потужністю 200 МВт. Така СЕС може забезпечити потреби в електроенергії 250-тисячного міста, хоча з економічного погляду вона не може конкурувати з ТЕС чи АЕС.

Енергія вітру використовується людиною вже багато віків (парусний флот, вітряки). У вітроенергетиці сьогодні використовуються вітродвигуни для сільськогосподарських робіт, підйому та перекачки води. В першому десятиріччі ХХІ ст.. ВЕС будуть спроможні покривати до 10 – 15 % регіональних потреб деяких розвинених держав у електроенергії.

В Україні будуються та вже діють кілька великих ВЕС. Пять станцій знаходяться в Криму, де особливо гостро стоїть проблема енергопостачання. Найбільшою є Донузлівська ВЕС (53 вітрових агрегати). До експериментальних належать Акташська (14 вітроагрегатів),Чорноморська (4), Сакська (23) та Євпаторійська (1 вітроагрегат потужністю 420 кВт). У Миколаївській області вже виробляє енергію Ажигільська ВЕС (3), на Львівщині – Трускавецька (7), на Херсонщині – Асканійська (3) та Новоазовська (12). У 1999 році введена в дію найпотужніша в Україні Маріупольська ВЕС. Усі вітрові станції виробляють за рік близько 4 млн. кВт год електроенергії, що становить 0,0025 % від загального вироблення її в Україні. Для порівняння: найбільша у світі частка вироблення електроенергії вітровими станціями у Данії становить 4 %.

Геотермальна енергія – це запаси тепла, що містяться в надрах Землі. Особливу практичну цінність мають гарячі джерела води і пари (гейзери). На Камчатці з 1966 року функціонує електростанція, що використовує енергію гейзерів. Собівартість електроенергії на ній в 4 рази нижча від енергії, одержаної традиційним шляхом. Крім виробництва електроенергії, тепло гейзерів використовується для опалення побутових і промислових приміщень, теплиць у сільському господарстві.

Енергія океану використовується сьогодні як енергія морських припливів, енергія морських хвиль і течій. Морські припливи мають величезну енергію, що залежить від висоти припливної хвилі, яка досягає 10 – 20 м. світовий енергетичний потенціал морських припливів становить близько 500 млн. т умовного палива на рік. Хвиля висотою 3 м несе приблизно 50 кВт енергії на 1 м узбережжя. В 1974 році в Японії почала давати струм плавуча електростанція, яка працює на енергії морських хвиль. Станція змонтована на судні довжиною 69 м і шириною 12 м. з енергетичної точки зору океанські течії (Гольфстрім, Куросіо та ін..) безкорисно розсіюють близько 3 млн. МВт потужності. Зроблені перші кроки на шляху практичного використання цього джерела енергії.


Тема 10. Металургійна промисловість

  1.  Продукція металургії.
  2.  Склад металургійного комплексу України.
  3.  Сировинна база металургії України.

Металургією називають галузі науки і промисловості, які охоплюють процеси отримання металів та сплавів, зміни їх хімічного складу, структури і властивостей, надання їм певної форми.

Перші історичні згадки про металургію отримання бронзи належать до ІІІ – ІІ тис. до н. е.  чавуну набула свого розвитку починаючи з ХІІІ ст. н. е., сталі – ХІХ ст., а алюмінієвих та магнієвих сплавів – лише в середині ХХ ст.

  1.  Продукція металургії.

Металургійна галузь – основний виробник конструкційних матеріалів (металів, сплавів, композитних матеріалів), металопродукції. До її складу входять виробництва чорної, кольорової та порошкової металургії.

Україна належить до країн Європи і світу з найбільш розвиненою металургією. Навіть в умовах економічної кризи вона поступається за показниками виробництва металів і сплавів в Європі тільки Німеччині. На металургію припадає близько 25 % вартості продукції основних галузей промисловості країни.

Продукція галузі займає провідне місце у зовнішній торгівлі України. Вона забезпечує близько 50 % всіх валютних надходжень від експорту.

Продукцією металургії є:

  •  Збагачена рудна і нерудна сировина;
  •  Продукція коксохімічного (кокс) і вогнетривкого виробництва;
  •  Чорні метали та сплави на їх основі;
  •  Кольорові метали та сплави на їх основі;
  •  Прокат чорних та кольорових металів;
  •  Деякі види металевих виробів (металоконструкції).

Кокс – паливо та відновник  у виробництві чавуну (90 – 98 % С), що виробляють з коксівного вугілля.

Прокат – балки, рейки, труби, штаби (полоси), листи.

Основна продукція металургійної промисловості – метали та сплави на їх основі. Вони є найпоширенішими з поміж конструкційних матеріалів сучасної індустрії.

Металами називають речовини, загальними спільними властивостями яких є «металевий» блиск,  пластичність, електро- й теплопровідність, що зумовлено наявністю в їх кришталевій решітці великої кількості рухомих електронів провідності, не зв’язаних з атомними ядрами.

Металами є 85 із 110 відомих на сьогодні хімічних елементів.

Метали в техніці прийнято поділяти на чорні (залізо) і кольорові (всі інші).

Кольорові метали за фізичними, хімічними властивостями та характером залягання в земній корі поділяють на:

  •  Важкі (кобальт, нікель, мідь, цинк, кадмій, ртуть, свинець);
  •  Легкі (літій, берилій, алюміній, титан, натрій, калій);
  •  Благородні (золото, срібло, платина);
  •  Важко плавкі (ванадій, хром, молібден, вольфрам, ніобій);
  •  Рідкісноземельні (ітрій, скандій і всі лантаноїди);
  •  Радіоактивні (уран, радій, плутоній, полоній).

Сплави на основі металів – металічні однорідні системи, які отримують сплавленням металів з металами, неметалами, оксидами, органічними сполуками та іншими компонентами.

Отримання сплавів дає змогу утворювати необмежену кількість конструкційних матеріалів різних по структурі та властивостям. Найпоширеніші сплави на основі заліза (чавуни та сталі), алюмінію (дуралюміни і сілуміни), міді (бронзи і латуні), титану, нікелю, свинцю, олова.

Сплави, як метали, поділяють на чорні (на основі заліза) та кольорові (всі інші). За властивостями їх поділяють на:

  •  Важкі (на основі свинцЮ, олова);
  •  Легкі (на основі берилію, алюмінію);
  •  Легкоплавкі (на основі натрію, калію);
  •  Важко плавкі (на основі ванадію, хрому, молібдену, вольфраму);
  •  Жаростійкі, що витримують нагрівання до високих температур без навантаження;
  •  Жароміцні, теж з навантаженням;
  •  Магнітні – мають магнітні властивості;
  •  Немагнітні.

Основними властивостями металів і сплавів, що визначають їх застосування та якість, є фізичні, хімічні, механічні і технологічні.

До основних фізичних властивостей належать:

  •  Щільність (маса одиниці обєму);
  •  Температура плавлення;
  •  Теплопровідність;
  •  Електропровідність;
  •  Магнітні властивості;
  •  Розширення при нагріванні, стискання при охолодженні.

До основних хімічних властивостей належать:

  •  Корозійна стійкість (здатність матеріалу чинити опір дії зовнішнього середовища – іржавленню, роз’їданню);
  •  Розчинність;
  •  Окислюваність (здатність до поєднання з киснем).

До основних механічних властивостей належать:

  •  Міцність (здатність чинити опір руйнуванню і появі залишкових деформацій під дією зовнішніх сил);
  •  Твердість (здатність матеріалу чинити опір проникненню в нього іншого більш твердого тіла);
  •  Вязкість (здатність матеріалу чинити опір дії ударних навантажень);
  •  Пластичність (здатність матеріалу змінювати форму під дією зовнішнього навантаження і зберігати її після припинення його дії);
  •  Пружність (здатність матеріалу змінювати форму під дією зовнішнього навантаження і відновлювати її після припинення  його дії).

До основних технологічних властивостей належать:

  •  Ливарні (температура плавлення, плинність розплаву, усадка, ліквація);
  •  Ковкість (визначається пластичністю і здатністю оброблятися тиском);
  •  Зварюваність;
  •  Здатність працювати за умов різних температур, тисків, радіації.

З усіх виробляємих металів та сплавів близько 90 % становлять сталі і чавуни. Дедалі більше використання отримують композитні метали та сплави на основі металів (метало композити).

Композитами називають матеріали, основа яких (матриця) зміцнена армуючими елементами (нитковидними кристалами, волокнами, дротинами та дрібними порошками).

Основними способами отримання металів та сплавів є:

  •  Пірометалургія – виробництво з використанням теплової енергії полеменевих печей (отримання чавунів у доменних печах – домнах, сталі у мартенівських печах – мартенах;
  •  Електрометалургійний – електротермічне отримання сталей в дугових, індукційних та інших типах електричних печей та електрохімічне (електролізом) – алюмінію;
  •  Гідрометалургійний – вилучення металів з руд за допомогою розчинників і електролізу (отримання міді, цинку);
  •  Плазмовий – перетворення оксидів металів на високотемпературну плазму (іонізований газ) і магнітного вилучення з неї металу (отримання вольфраму, молібдену);
  •  Хіміко-металургійний – поєднує хімічні і металургійні процеси (отримання титану);
  •  Космічна металургія – безтиглеве плавлення металів і отримання надчистих і композиційних сплавів в умовах невагомості.

  1.  Склад металургійного комплексу України.

До складу металургійного комплекса України входить ряд підгалузей і виробництв, без яких неможливо забезпечити виробництво металу. Це таке:

  •  Видобуток, збагачення і агломерація залізних, марганцевих та інших руд, одержання необхідних концентратів;
  •  Виробництво чавуну, доменних феросплавів, сталі і прокату;
  •  Виробництво електроферосплавів;
  •  Повторна переробка чорних металів;
  •  Коксування камяного вугілля;
  •  Видобуток сировини і виробництво вогнетривких будівельних матеріалів, а також флюсових вапняків, випуск металевих конструкцій.

Довідка:

Зьагачення – процес підвищення корисного елемента в мінералі.

Агломерація – процес термічного спікання подрібнених компонентів у грудки оптимального розміру.

Феросплави – сплави заліза з іншими елементами (Cr, Si, Mn, Ti та ін.) для розкислення і легування сталей.

Коксування кам’яного вугілля -  промисловий метод термічної переробки коксівного вугілля нагріванням до температур близьких до 1000 °С з отриманням коксу – палива і відновлювача заліза, який вміщує 90 – 98 % вуглецю.

Нині в Україні налічується 50 основних підприємств чорної металургії, у складі яких 14 металургійних комбінатів і заводів, 3 феросплавних заводи, 16 коксохімзаводів, 6 трубних заводів, 8 гірничо-збагачувальних комбінатів і 3 основних заводи металоконструкцій.

Крім зазначених металургійних підприємств, є ще і так звана «мала металургія». Вона представлена окремими цехами з виробництва сталі і прокату на великих машинобудівних заводах, які створюються з метою використання відходів металу і забезпечення безперебійного постачання конструкційного матеріалу. Переважна більшість металургійних підприємств України являє собою потужні комбінати, загальна схема яких наведена на рис. 10.1.

Рисунок 10.1 – Загальна схема металургійного комбінату

Агломерат (збагачена залізна руда) разом з коксом і флюсами завантажується в доменні печі. Частина виплавленого чавуну, яка переробляється на сталь (переробний чавун), у рідкому стані надходить до сталеплавильних печей. Охолоджена сталь у вигляді зливків надходить до прокатного цеху, де з них виробляють металопрокат. З відходів основного виробництва виготовляють будівельні матеріали та мінеральні добрива.

Сучасна чорна металургія характеризується наявністю заводів з повним металургійним циклом. Повний металургійний цикл включає виробництво чавуну, сталі і прокату. Заводи неповного циклу мають, як правило, один або два з трьох технологічних циклів: виробництво чавуну і сталі, сталі і прокату, тільки чавуну, тільки сталі, тільки прокату.

Розвиток чорної металургії супроводжувався значним нарощуванням потужностей коксохімічної промисловості. Коксохімічна промисловість є основною складовою частиною металургійного комплексу. Коксохімічні заводи розміщуються в районах видобутку коксівних марок камяного вугілля або у великих металургійних центрах, розташованих за межами вугільних районів Донбасу. Ця галузь забезпечує металургію технологічним паливом (коксом, коксовим газом), а хімічну промисловість – цінною сировиною.

Значного розвитку в металургії України набули нові галузі – трубна і феросплавна (Нікопольський, Харцизський, Новомосковський, Луганський, Дніпропетровський трубопрокатні і Макіївский труболиварний заводи).

Виробництво феросплавів, необхідних для виплавки чавуну і сталі, забезпечується трьома феросплавними заводами – Запорізьким, Нікопольським і Стахановським.

В умовах швидко зростаючих потреб будівництво великих промислових, транспортних і невиробничих обєктів виникла гостра необхідність у забезпеченні їх крупно габаритними металевими конструкціями (арматурними решітками, каркасами мостових переходів тощо). З цією метою в центрах металургії і важкого машинобудування – Краматорську, Дніпропетровську, Маріуполі – були побудовані основні заводи металоконструкцій.

Сучасний металургійний комплекс України майже повністю зосереджений у Донецькій, Луганській, Дніпропетровській, Запорізькій областях, де сформувався один з найбільших металургійних районів світу.

На території такого району з урахуванням умов розвитку і розміщення галузей комплексу виділяються три металургійних підрайони: Придніпровський, Донецький і Приазовський.

Придніпровський металургійний  підрайон розташований вздовж правого і лівого берегів Дніпра – від Кременчука до півдня Дніпропетровської і Запорізької областей. За своїм значенням цей підрайон є найбільшим виробником сталі і прокату.

Донецький металургійний підрайон охоплює металургійні підприємства Донецької і Луганської областей. Це основний підрайон з виробництва коксу і чавуну.

Приазовський металургійний підрайон включає дві території: місто Маріуполь з його двома металургійними комбінатами – «Азовсталь» та ім. Ілліча, коксохімзаводом, а також північну і східну частини Керченського півострова, де знаходиться залізорудний район і Камиш-Бурунський залізорудний комбінат.

До кольорової металургії належать видобуток і збагачення руд кольорових металів, виплавка з них металів і сплавів, виробництво кольорового  металопрокату. В Україні виплавляють важкі (мідь, свинець, цинк, олово, нікель) та легкі )алюміній, магній, титан) кольорові метали та їх сплави. Крім них, галузь переробляє рідкісні (вольфрам, молібден, ртуть), благородні (золото, срібло, платина) метали.

У розміщенні підприємств кольорової металургії в Україні виділяються лва основних райони: Донецький і Придніпровський.

На території Донецького району знаходиться Микитівський ртутний комбінат. Це підприємство дає 90 % продукції СНД. В цьому районі знаходиться Костянтинівський цинковий завод «Укрцинк», який працює на імпортній сировині з Північної Осетії та Західного Сибіру. Розміщено цей завод з орієнтацією на енергетичну базу Донбасу. В Артемівську працює завод по обробці кольорових металів, який випускає латунь, латунний і мідний прокат. Мідь і свинець імпортуються з Російської Фелерації. В м. Свердловську Луганської області знаходиться завод алюмінієвого прокату. В Запоріжжі зосереджені титаномагнієвий і алюмінієвий заводи. Титаномагнієвий завод одержує магнієву сировину з Калуша, Стебника і Сиваша, а титанову – з Іршанського і Самотканського родовищ. Алюмінієвий завод працює на імпортних бокситах з Уралу та інших територій зарубіжних країн. Для виробництва глинозему, яким забезпечується Запорізький алюмінієвий завод, біля Миколаєва побудовано великий глиноземний завод. У Вольногорську поблизу Дніпродзержинської ГЕС знаходиться Верхньодніпровський гірничо-збагачувальний комбінат, який працює на титаноцирконієвих рудах Самотканського родовища, а в місті Світловодську біля Кременчуцької ГЕС діють завод чистих металів і завод твердих сплавів.

В Кіровоградській області на базі недавно відкритого родовища нікелевої руди діє Побузький нікелевий завод. Виробництво магнію здійснюється також Калушським ВО «Хлорвініл».

  1.  Сировинна база металургії України

Основною сировиною для металургійного комплексу є руди чорних і кольорових металів, паливо-енергетичні матеріали, а також нерудні мінерали та матеріали.

В східній Україні знаходяться найбільші, що мають світове значення, басейни паливно-сировинної бази металургії – Донецький кам’яновугільний з коксівними марками вугілля, Криворізький залізорудний і Придніпровський марганцеворудний; великі, практично невичерпні поклади вапняків, доломітів, вогнетривких глин.

Віддаль від Кривого Рогу до центрального району Донбасу – Горлівки (по прямій) становить 345 км, а від Західного Донбасу, який доходить до Павлограда (Дніпропетровська обл.), - близько 150 км. Між зазначеними басейнами пролягає потужне джерело водопостачання – р. Дніпро.

Такого поєднання найважливіших сировинних матеріалів, енергетичного і технологічного палива, водних ресурсів, необхідних для розвитку металургії, і такої концентрації їх на порівняно невеликій території немає в жодній країні світу.

Залізорудна база чорної металургії України представлена Криворізьким басейном, Білозерським і Керченським родовищами.

Криворізький басейн розташований у західній частині Дніпропетровської області в басейні річки Інгулець. Багаті руди з вмістом заліза 50 – 62 % і більше добуваються тільки шахтним способом. Бідні руди з вмістом заліза 28 – 39 % видобуваються відкритим способом (кар’єрним). Розвідані запаси залізних руд Криворізького басейну становлять близько 18 млрд. т. Цей басейн за запасами належить до найбільших в світі.

Кременчуцький залізорудний басейн розташований на території Кременчуцького району Полтавської області, за 15 – 20 км від Кременчука на лівому березі Дніпра. Рудоносна територія вузькою смугою простягнулась з півдня на північ на 45 км. Розвідані запаси залізних руд становлять 4,5 млрд. т. Геологорозвідувальні роботи в басейні ще не завершені. В басейні є руди з вмістом заліза до 69 %, але основну їх частину становлять руди з вмістом заліза 35 – 38 %. Експлуатація басейну відкритим способом почалася з 1955 р.

Білозерський залізорудний район обєднує кілька родовищ. Він розташований на лівому березі Дніпра, на південь від Запоріжжя.

На березі Каховського водосховища збудовано місто Дніпрорудний. Яке є портом для відправки руди по Дніпру.

Загальні запаси руд району становлять близько 1,4 млрд. т. На частку багатих руд з вмістом заліза 60 – 64 % припадає близько 600 млн. т. Решта запасів руд має переважно вміст заліза 46 – 48 %. Видобуток руди в районі відкритим способом почався з 1969 року. Геологорозвідувальні роботи в басейні ще не завершені.

Керченський залізорудний район охоплює кілька родовищ, які розташовані на північному і східному узбережжі півострова. Загальні запаси становлять 1,8 млрд. т. Вміст заліза в руді 37 – 40 %. Крім того, в руді є значні домішки марганцю, ванадію, фосфору, миш’яку.

Алюміній – легкий, порівняно міцний метал, що широко використовується в авіації. Основною алюмінієвою рудою, на якій базується алюмінієва промисловість, є боксити. Запаси бокситів на території України незначні. Промислове значення мають родовища Смілянське (Черкаська обл.) і Високопільське (Дніпропетровська обл.).

Головними родовищами калійно-магнієвих солей в Україні є Стебниківське і Калуське у Прикарпатті та сполук магнію – Сивашське в Криму.

В Україні відкрито ряд родовищ нікелю, але всі вони дрібні за величиною запасів. Найбільшими з них, які мають промислове значення, є Побузьке і Придніпровське.

Найбільші родовища титанових руд знаходяться в Житомирській і Дніпропетровській областях.

Основні родовища хромітів в Україні відкриті в Кіровоградській і Дніпропетровській областях, але вони ще не експлуатуються. Потреба України в хромі задовольняється його імпортом з Уралу та Казахстану.

Руди цирконію в Україні відкриті в Самотканському родовищі титанових руд, вони є також в Приазовї.

В Україні є значні запаси ртуті. Основне її родовище – Микитівське, яке розташоване в межах м. Горлівки. Родовище ртуті є також в Закарпатті та Криму.

Родовища з промисловими запасами молібдену, свинцю і цинку в Україні відсутні, а підвищені концентрації ванадію є тільки в керченських залізних рудах, які можуть бути основною сировиною для його отримання.

В Дніпропетровській, Кіровоградській, Донецькій і Закарпатській областях відкриті родовища золота і ведеться підготовка до їх експлуатації.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

24326. Исследование циклических конструкций Java 183 KB
  Оператор цикла for(цикл со счетчиком). Оператор цикла while (цикл с предусловием). Оператор цикла do...while (цикл с постусловием). Конструкции перехода (прерывания)
24327. Понятие сбыта и сбытовой политики фирмы 46 KB
  Понятие сбыта и сбытовой политики фирмы. комплексность с другими элементами маркетингамикс скоординированность сочетание решений в сфере сбыта ценообразования коммуникаций сервиса и др. системность рассмотрение сбыта и остальных инструментов как элементов вызывающих синергетический эффект от их совместного применения гибкость готовность к пересмотру своих позиций в случае необходимости. Задача сбытовой политики – управление конкурентоспособностью товара путем управлением каналами сбыта планирование длины ширины и...
24328. Поведение потребителей. Факторы, влияющие на поведение потребителя 42.5 KB
  Факторы влияющие на поведение потребителя. потребитель выражая свои симпатии и антипатии покупательские предпочтения может решать судьбу фирмыпроизводителя как продавца фирма стремится в максимальной степени задействовать все свои возможности всестороннего и углубленного изучения потребителя потенциального покупателя включая вопросы мотивации покупательского оповещения потребителей принятие решение о покупке формирование покупательских предпочтений. Рассматривая поведение потребителя экономисты задаются вопросом: каким образом...
24329. Сущность цели и функции маркетинга. 30 KB
  Функции маркетинга: Аналитическая изучение и оценка внешней и внутренней среды фирмы; Продуктовопроизводственная – это создание новых товаров которые соответствуют требованиям потребителей. Функция управления и контроля – сосредоточение всего комплекса маркетинга в руках одного из высших должностных лиц. Концепции маркетинга – это основные подходы на основе которых коммерческие организации ведут свою маркетинговую деятельность.
24330. ПРОФЕССИОНАЛЬНЫЕ ИНТОКСИКАЦИИ 164.5 KB
  Определение и классификация хронических профессиональных интоксикаций; клиника, диагностики и лечение хронических интоксикаций тяжелыми металлами (свинцом, ртутью, мышьяком); клиника, диагностики и лечение хронической интоксикации бензолом и его соединениями; клиника, диагностики и лечение хронических интоксикаций хлор- и фосфорорганическими соединениями; экспертиза трудоспособности и реабилитация при хронических профессиональных интоксикациях.
24331. Особенности маркетинговой деятельности в виртуальной среде 89 KB
  Динамичное развитие информационных технологий в частности технологий коммуникации делает актуальным вопрос использования глобальной сети Интернет в маркетинговой деятельности предприятия. Необходимо понимать что Интернет это не та инновация к которой можно приспособиться подкорректировав традиционную модель бизнеса или создав собственный сайт. Очевидно что использование Интернета в системе маркетинга предприятий благодаря его уникальным маркетинговым характеристикам интерактивность гибкость и масштабируемость а также...
24332. Модель безубыточности производства Точка безубыточности 40 KB
  Модель безубыточности производства Точка безубыточности Материал из Википедии свободной энциклопедии Точка безубыточности минимальный объем производства и реализации продукции при котором расходы будут компенсированы доходами а при производстве и реализации каждой последующей единицы продукции предприятие начинает получать прибыль. Точку безубыточности можно определить в единицах продукции в денежном выражении или с учётом ожидаемого размера прибыли. Точка безубыточности в денежном выражении такая минимальная величина дохода при...
24333. Точечные дефекты кристаллической решетки 1.3 MB
  Монокристалл — отдельный однородный кристалл, имеющий непрерывную кристаллическую решётку и иногда имеющий анизотропию физических свойств. Внешняя форма монокристалла обусловлена его атомно-кристаллической решёткой и условиями (в основном скоростью и однородностью) кристаллизации